RG y EPANET - Escuela Técnica superior de Ingeniería Agronómica

Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Diseño, Dimensionado y Análisis de Redes de
Riegos a Presión
RG y EPANET
Un Manual para sacar partido a ambas aplicaciones
Jaime Arviza Valverde
Universidad Politécnica de Valencia
Octubre 2007
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Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
1. Introducción
1.1. Aclaración previa
Parece, por lo menos raro, sino extemporáneo, escribir un manual de diseño
basándose en una aplicación informática (RG32rev) que todavía “corre” en DOS. El sistema
operativo Windows se ha instaurado en nuestras vidas desde hace más de una década, y
parece que toda aplicación que se precie debía funcionar bajo este entorno.
Así es, pero en el sector del riego donde cualquier norma parece “mentar a la bicha”
y donde no existe un criterio unificado y consensuado en lo que al diseño de redes se
refiere, valga lo dicho tanto para una subunidad de riego localizado, que para una gran red
colectiva, que para el sistema de distribución en un campo de golf, no ha habido una gran
demanda de este tipo de aplicaciones. Los usuarios han sido renuentes a invertir en
software, y cuando lo han tenido que hacer se han decantado por aplicaciones que habían
recibido todas las bendiciones de los técnicos de la administración, que posteriormente,
darían el placet a los proyectos cuyas redes hubieran sido dimensionadas con esas
aplicaciones. Es por ello, que no es fácil encontrar aplicaciones actualizadas y con un coste
asumible, ni que hayan adoptando estándares en lo que a utilización de ficheros de
transferencia, bases de datos, etc.
Y en esta guerra aparecimos nosotros, allá por el año 1991 apareció la primera
versión del programa RG, por lo menos la primera que podía calcular con cierta robustez, a
la que poco a poco se fueron añadiendo nuevas prestaciones, pero siempre quedando
limitada por su desarrollo en entorno MS DOS. Como los que suscribimos somos profesores
de universidad, y nos toca enseñar o por lo menos intentarlo, investigar o por lo menos
intentarlo, desarrollar nuevas aplicaciones o por lo menos intentarlo … La realidad es que al
final, sin recursos suficientes (uno no tiene por que ser además el rey de las finanzas, ni
tener una visión comercial super agresiva), hemos dedicado esfuerzos a actualizar la
aplicación, siempre que hemos podido, pero de forma discontinua y con el factor tiempo
siempre en contra.
Es por ello que aunque el que suscribe decidió firmemente aprender Visual
Basic el año pasado y todavía en ello estoy (ya me he quedado obsoleto pues en el
mercado está Visual Basic.Net), mientras no tenga nada robusto que ofrecer he decidido
volver a lanzarme a la piscina. Me explicaré, la nueva versión tiene las limitaciones del DOS,
pero también sus ventajas. Además, ahora RG es una aplicación informática libre, es decir,
gratuita, solo es necesario rellenar un formulario y descargarla de la web correspondiente.
De otro lado, se apoya, y de que manera en EPANET, vendida aplicación, también de uso
libre y que puede descargase de varias páginas web. De esta forma se consigue una
herramienta potente y que permite dar solución a la gran mayoría de casos y problemas que
pueden plantearse, hoy por hoy, en la ingeniería del riego, y en ello pongo mi prestigio1, si
es que tengo algo.
Además RG ha sido infrautilizado, y han sido muchas las ocasiones en que, usuarios
me han propuesto introducir prestaciones que ya tenía desde tiempo ha. En otros casos ha
sido mal utilizado y esto es responsabilidad exclusiva del usuario, pues el autor siempre ha
estado a disposición de éstos para resolver cualquier duda. Extraño es, que hoy con el
maravilloso correo electrónico no me frían a preguntas que serían entusiásticamente
respondidas. El marketing no es lo mío y eso ha influido, no cabe duda, pero aún estamos a
tiempo o eso creo yo.
Llevo unos cuantos años en este sector, he ido aprendiendo cosas y también he visto
como los errores que hace veinte años se cometían ahora también, eso si para actualizarse
al siglo XXI, corregidos y aumentados. Espero poder aportar algo más, si es que alguna vez
lo hice, y si llego a tiempo. Mientras tanto seguiré con el Visual y tarde o temprano saldrá la
1
Siempre he sido partidario de crear y participar en foros de debate con un profundo espíritu crítico,
pero no hay manera, la comunidad técnica del riego no está por la labor, o así lo entiendo yo.
2
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Manual de uso de Rg y Epanet
versión de Windows, de hecho existe desde hace 4 años, pero se la encargué y pagué ¡Ojo!
a un becario espabilado y ahí se ha quedado porque había que depurar y me resulta más
fácil empezar de nuevo que traducir todo el galimatías de líneas de código que supone una
aplicación de estas características. Ese es otro problema con el que tenemos que convivir
los profesores, no tenemos una estructura estable, y cuando un becario se ha formado y
sabe “latín” sobre algo, se va, es natural, pero tú, te quedas colgado y tan solo…
Así que espero que tras leer esto, o sea benevolente conmigo y siga con la lectura
para sacar partido a RG, o si no le he convencido se dedique a otras actividades. Acepto
críticas. “Jaime, esto es una basura, abandona…”. La aceptaría, pero me tendrían que
justificar por qué.
1.2. Introducción como toca.
Tras el pliego de descargos, expongo los objetivos de este documento que se
resumen en el aprendizaje del manejo de RG apoyado en EPANET para el diseño y
dimensionado de redes de riego a presión, y de paso, como RG y EPANET se comunican (a
lo mejor se quieren, aunque creo que no, EPANET ni siquiera habrá oído hablar de RG, pero
eso a nosotros nos debe dar igual), exponer algunos fundamentos del análisis y gestión de
redes de riego ya con el hermano mayor, pues RG, para entonces ya habrá cumplido.
No pretende darse un curso de diseño de redes tradicional, sino mediante un ejemplo
concreto, que con el tiempo pueden ampliarse, ver como puedo diseñar una red de forma
precisa y siguiendo criterios de funcionalidad y racionalidad.
En primera instancia se aplica a un riego agrícola, pero en un futuro se completará
aplicando a riegos en jardinería, paisajismo y los tan denostados pero a la vez tan deseados
campos de golf. Como la visión es técnica no hay mucho que rascar respecto a la idoneidad
de cualquiera de las actuaciones expuestas en los ejemplos.
Como ya he indicado antes uno de mis problemas, extensible a bastante del
profesorado universitario es que, no toca hacer de todo, así que se cuando empiezo con
esto, hoy, pero no se cuanto tiempo voy a poder dedicarle diariamente y si tendrá
continuidad, espero que si. Este circunloquio viene a cuento de que la base del diseño se
tratará en anexos que se citarán, pero que quizá, en principio no estarán disponibles. Esto
puede resultar un disparate, pero mejor será enseñar como manejar la herramienta, y que
quien quiera saber más, pida. Yo pensaba antes y creo que ahora que debería ser al revés.
Es decir, uno debe tener muy claro los fundamentos del diseño de redes para poder abordar
con garantías de éxito un caso concreto, pero la realidad manda y en la mayoría de los
casos no es así, y no me voy a llevar a engaño. Diseña no siempre el que sabe sino el que
capta el proyecto (no le quito el mérito, quizá es lo primordial), pero también es cierto que en
la actualidad con el nivel tecnológico alcanzado, se debería trabajar en equipo y en este
sector de mis amores: “nasti de plasti2”
2. Instalación de las aplicaciones
2.1. Instalación de EPANET 2.0 en español
Se puede descargar de varias páginas web, yo recomiendo:
http://www.redhisp.upv.es
Insisto, hay otras, pero Fernando Martínez Alzamora ha realizado la traducción al
español y quizá después de su autor, Rossman, es quien más sabe de EPANET.
La instalación no tiene pegas, por lo que dejaré que cada uno se apañe. En caso de
problemas, e-mail y problema resuelto a vuelta de correo (esta expresión no ha cambiado).
2
En castellano antiguo: “De eso nada, moreno”
3
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Manual de uso de Rg y Epanet
2.2. Instalación de RG32rev
Pues como todavía está en dos, todavía más sencillo. Se va a la página web.
http://www.euita.upv.es/dira
y en descargas aparece la opción “Descargar RG”. Se baja un archivo zip, RG32r.zip,
será su nombre (todavía no lo he creado, que poca vergüenza tengo) y se extraen los
archivos y carpetas en una carpeta con un nombre que cumpla por favor las directrices
de DOS para los directorios, es decir que no tenga más de ocho caracteres y los
típicos prohibidos como el punto, punto y coma, etc. Para no complicarme la vida
crearía una carpeta con el título “RG32R” ¡Qué original!, pero efectivo.
Para arrancar el programa puedo crear un acceso directo al archivo:
RG3.EXE
O simplemente, con el ratón clickear3 dos veces con el botón izquierdo del ratón. En la
pantalla de ordenador aparecerá la siguiente ventana
Figura 1: Ventana Inicial de RG en entorno Windows.
Como trabajamos desde Windows, trabaja el emulador y no ocupa la pantalla
completa lo que tiene varios inconvenientes, uno: se ve muy pequeño; dos: trabaja
excesivamente lento, es desesperante moverse por la aplicación. Para evitar esto, tecleo
simultáneamente [Alt] + [Intro] y problema resuelto, la aplicación ocupa la pantalla completa
del ordenador y emula perfectamente el funcionamiento en dos.
Si en el ejemplo que seguimos, antes de lo mencionado, pulso una tecla y luego
[Alt]+[Intro] aparece lo que se ilustra en la Figura 2.
3
No se si existe este verbo, o si hay alguno parecido, pero mientras me informo, y con su anuencia
usaré éste.
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Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 2: Pantalla con el menú principal de RG
Que aparezca lo que aparece en la Figura 2 es que la cosa va bien y el programa se ha
instalado, así que pasamos a otra cuestión.
3. Empezando a usar RG. De momento…
Y ya que he comprobado que lo he instalado bien pues por qué no empezar a conocer
RG o recordar como iba para aquellos antiguos y “fieles” usuarios.
3.1. Módulo principal: Módulo RG
Desde esta pantalla se puede acceder a todas las partes de la aplicación. Como se
hizo en QuickBasic sobre entorno DOS, para moverse por los menús y pantallas se deben
utilizar las teclas de cursor, Av. Pág y Re.Pág e [Intro]. Con la tecla [Esc] se sale de la
mayoría de los menús secundarios y pantallas de datos y resultados. No intente utilizar el
ratón, RG les tiene alergia y es insensible a sus caricias y arrumacos (Pruebe, pruebe…)
Ya que en video inverso en menú principal está en “FICHEROS” pulso [Intro] para
ver que me depara la aplicación.
Figura 3: Ventana despegable del Submenú ARCHIVOS.
Y en la Figura 3 aparece lo de siempre, y algunas cosas que son específicas de RG.
“Recuperar Datos”, pues lo mismo que abrir fichero en cualquier aplicación de Windows. Si
ya he trabajado con RG al aceptar esta opción aparecerá una ventana en la parte superior
izquierda con lo que hay grabado en el subdirectorio, perdón, carpeta donde estén grabados
los ficheros con extensión “RED”, específicos de RG.
Un inciso, como no todo sigue el orden lógico, la dirección donde se ubican o se
ubicarán los archivos de RG, se introduce en la opción “SUBDIRECTORIO datos”. Por
defecto, en la carpeta donde están los archivos de programa. Si se decide que los datos y
5
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demás ficheros estén en una carpeta independiente, lo primero que hay que hacer es
crearla, e incidiendo en lo anterior, seguir criterios de DOS, que no tenga más de ocho
caracteres para evitar problemas. Se pueden solventar, pero mejor es evitarlo.
Por ejemplo
Si los archivos de programa de Rg están en una carpeta llamada RG32R situada en
el disco duro C:, puedo crear en ésta una subcarpeta con el mes y el año. La puedo llamar:
“OCTUB07” para referirme a los archivos que trate durante ese mes.
Para que RG lea y grabe en esa carpeta en la opción “SUBDIRECTORIO datos”
deberé escribir:
C:\RG32R\OCTUB074
Si la carpeta existe, bien, si no adoptará por defecto la carpeta donde está RG, es decir:
C:\RG32R
En el ejemplo que hemos planteado.
Si aunque aconsejo seguir parámetros de DOS, alguien crea una carpeta con más de
ocho caracteres, para poder escribirla en RG hay que utilizar un truquillo. Si el nombre de la
subcarpeta es “Ficheros que grabo en octubre por que quiero”
En la opción del directorio habría que escribir:
C:\QBRG3R\Ficher~1
Como se puede apreciar el nombre se acorta mucho, la almohadilla en la opción del
directorio de datos se escribe manteniendo pulsado [Alt] y escribiendo 126. Lo mejor como
he dicho anteriormente es: probar.
Figura 4: Dirección de datos
Si tras introducir el nombre del subdirectorio accedo a la opción citada y aparece lo
que se ilustra en la Figura 4, es que voy por buen camino. (No olvide teclear [Intro] para
validar la opción, en caso contrario volveremos al directorio por defecto, donde están los
archivos de RG, y es que nada es perfecto y si además está implementado por alguien muy
imperfecto… Pues pasa lo que pasa, que hay que avisar para evitar sorpresas). Yo ya he
avisado, así que en este asunto me lavo las manos, por otra parte sana y buena costumbre,
sobre todo antes de comer, y dar la mano después de … pero me alejo de lo que intento
contar, así que a ello vuelvo.
SALVAR datos es lo mismo que “guardar” en Windows y “SALVAR datos como” lo
mismo que “guardar como…”. En muchas cosas se impone la lógica (cuando la hay).
4
Al terminar de introducir la dirección de archivos pulsar [Intro] para aceptar o [Esc] para anular. Si no
se pulsa [Intro] es como si no hubiera hecho nada. En cualquier caso lo mejor es probar y si no sale
preguntar)mailto:[email protected]
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3.1.1. Y lo mejor para seguir un ejemplo
Si sigo y no lo aplico a un caso concreto la lectura de este documento (con permiso)
puede ser de lo más adusta y como esa no es mi intención vamos a jugar un poco, con
permiso de la expresión.
El ejemplo que se desarrolla aborda el diseño de la red de riego de una pequeña
explotación de cítricos en el T.M. de Picassent. Con dos variedades y una superficie total de
4,2 has5 aproximadamente. La superficie neta es de 3,85 has.
camino
o
camin
camino
CABEZAL DE RIEGO
2
camino
SUPERFICIE TOTAL = 38.579 m
DEPÓSITO
Figura 5: Planta de variedades de la explotación.
Tal y como se ilustra en la Figura 5 en la parte superior se ha proyectado un depósito
de regulación con una capacidad aproximada de 1500 m3. El cabezal de riego aprovecha
una edificación existente, anteriormente utilizada como almacén de aperos y maquinaria,
cuya cota de la solera está 8 metros por debajo de la solera de la balsa, que puede
acumular una altura máxima de 3 m de agua.
Como ya se ha comentado el cultivo es de cítricos disponiendo de dos variedades. Las
características más sobresalientes para el diseño se reseñan en la siguiente tabla.
Tabla 1: Características de la explotación
Sector
1
2
Marco
de
Superficie
total
plantación
afectada (has)
(m x m)
Okitsu
4 x 2,5
1.67
Satsuma
4 x 2,5
2.50
Variedad
Las necesidades hídricas totales son similares para las dos variedades y no se
justificará su cálculo, pero para el mes de máximas necesidades (Julio) son de:
NTr = 32 l/árbol/día
5
En realidad la superficie es de 50 hanegadas valencianas. Como 12 hg es aproximadamente 1 ha,
pues eso.
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Lo que supone un volumen por m2 de:
NTr = 3,2 mm/día
En el caso que nos ocupa y puede justificarse, lo haré no seáis impacientes, se adoptó un
emisor de 3 l/h y un número de emisores por planta de 5. Por lo que el caudal por unidad de
superficie será:
qu =
15
= 1,5 l / h / m 2
10
Caudal unitario que puede parecer excesivo, pero debe tenerse en cuenta las dimensiones
discretas del marco de plantación y que previamente se regaba mediante técnicas
superficiales, en particular por inundación. La solución es discutible, el resultado como dato
previo para los cálculos sucesivos, no. Pero no vayamos a ponernos serios ahora que la
cosa promete…
camino
2
S = 2.509 m
z = 86.78
camin
Bancal 10
o
2
S = 3.352 m
z = 89.84
Bancal 9
2
2
S = 1.625 m
2
S = 7.193 m
z = 93.40
z = 92.30
Bancal 6
Bancal 7
S = 10.443 m
z = 91.30
Bancal 8
2
S = 5.543 m
Edificación
z = 96.50
z = 101.00
camino
Bancal 5
2
SUPERFICIE TOTAL = 38.472 m
2
S = 3.607 m
z = 100.00
Bancal 4
2
camino
S = 3.562 m
z = 101.50
Bancal 3
Bancal 2
2
S = 755 m
z = 101.50
2
S = 755 m
z = 102.30
Bancal 1
Figura 6: Planta con los bancales, cotas y superficies medias.
El plano que se ilustra en la Figura 6 va a ser el que utilizaremos para el trazado de
la red.
Ahora habría que localizar los puntos de alimentación de las subunidades,
calculando los caudales y presiones requereridos en los mismos, y proceder al trazado.
3.1.1.1. Definición del trazado
Ahora no me queda más remedio que, o utilizar métodos arcaicos, pero no por ello
menos efectivos o aprovechar las prestaciones de Epanet para el trazado de la red. Así que
sin dilación hago “correr” EPANET, expresión extraña que en español supondría que Epanet
huye en vez de parar y ayudarnos como debe ser. Aparece una pantalla como la que ilustra
la Figura 7. En principio no me dice nada, pero voy poco a poco.
Primero como la carpeta que voy a utilizar es la C:\RG3R\OCTUB07, copio los
archivos de imágenes previamente vistos en dicha carpeta (imágenes de las Figura 5 y
Figura 6). La segunda imagen que se llama así : “imagen2” será la que utilizaré como plano
de fondo pues al fin y al cabo es un meta archivo de Windows creado a partir de un plano de
AutoCad (¡Que de cosas!)
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Figura 7: Pantalla inicial de Epanet.
Ahora no voy a empezar a explicar como manejar Epanet, pero si unas pinceladas
básicas para empezar a trabajar. Aquí, como esto ya es moderno, me muevo con el cursor
del ratón y pulso donde quiero (lo que avanzan las nuevas tecnologías). En este caso me
voy a la opción VER del menú horizontal de la línea superior.
Figura 8: Submenú VER, Opción Mapa de Fondo, Sub opción activa: Cargar.
Lo que aparece en la Figura 8 me está pidiendo a gritos que carga un plano para el
fondo y que me sea de utilidad para el trazado, por lo menos en la fase inicial. Dicho y
hecho. Clikeo sobre la opción Cargar y mediante el explorador me voy a la carpeta donde
teóricamente deben estar los archivos de imágenes y que hacía referencia previamente en
el apartado Módulo principal: Módulo RG3.1 (página 5)
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Figura 9: Archivos de imágenes aceptados por Epanet como mapa de fondo
Si pincho sobre “imagen2” y pincho otra vez [Abrir] el mapa aparece en pantalla en
el entorno gráfico de Epanet.
Figura 10: Plano de fondo cargado.
Epanet me permite escalar el plano de fondo para que la dimensiones del plano de
AutoCad coincidan con las del área de trabajo de Epanet, pero el entorno gráfico no es ni lo
potente ni lo refinado que desearíamos (y no por culpa de Rossman, pues lo tenía resuelto,
sino por las empresas americanas de Software que le han parado los píes para no perder el
negocio – Todo es lícito - ).
Si pulso el símbolo de zoom (+), la lupa con un (+) veo que amplía excesivamente,
así que me quedo como estoy. Lo que si puedo es centrar el plano. En el menú gráfico hay
un símbolo que son dos flechas de doble dirección cruzadas ortogonalmente. Si pincho en
esa opción puedo mover el plano a mi antojo.
Aunque esto debería haber sido comentado antes, toda red hidráulica está
compuesta de una serie de líneas (tuberías, bombas, válvulas, etc) y unos nudos que son
los extremos iniciales y finales de las anteriores y que permiten modelizar elementos como
depósitos, puntos de consumo, embalses, etc.
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Manual de uso de Rg y Epanet
Como RG dimensiona redes ramificadas alimentadas por un único punto, el primer
paso será localizar el punto de alimentación de la red (el tipo ahora me es indiferente). Del
depósito sale una tubería de alimentación hasta el cabezal, así que tras localizar el primer
nudo en el depósito, haré lo propio con el nudo del cabezal.
Epanet solo permite dibujar una línea si al menos hay ya definidos dos nudos y para
que sea válida, aceptando la opción de tuberías, debo pinchar en el nudo inicial y si lo he
hecho bien aparecerá un lapiz que yo puedo arrastrar hasta el nudo final. Las tuberías son
polilíneas por lo que entre un nudo y otro puedo pulsar [intro] introducir un vértice en la línea
y cambiar de dirección.
Esto último tiene una importancia relativa pues, RG para no complicarse la vida
procesando la información, obvia estos vértices, pero no así la numeración de los nudos,
sus coordenadas físicas y el sentido de trazado de la línea. Es muy importante incidir que
éstas deben dibujarse siempre siguiendo el sentido de circulación del agua. De hecho,
resulta conveniente dibujar inicialmente los nudos y posteriormente las líneas.
A ello voy.
Figura 11: Trazado de los nudos y líneas (tuberías) que componen la red.
En la opción Ver, Opciones, puedo cambiar el tamaño y color tanto de las líneas
como de los nudos para que se vean mejor. En mi caso solo he variado el tamaño de los
nudos. La Figura 11 ya empieza a ser un auténtico galimatías. Lo mejor, es que una vez se
ha dibujado el trazado, oculte el plano de fondo para trabajar con más comodidad. Esto se
hace desde la opción Ver, Mapa, Ocultar. Si lo que quiero es cargar otro pues primero
tendré que descargar el que está activo.
Como hay dos sectores, desde el cabezal he forzado mediante la opción Formato,
Valores por Defecto, Nudos de caudal, la numeración. Así el sector 1 sus nudos tendrán
números correspondientes a la primera decena mientras que el sector 2 corresponderán a la
segunda.
Siguiente paso: Voy a ocultar el plano de fondo y en Ver, Opciones, Etiquetas voy a
decirle a Epanet que visualice los ID de línea y de nudo, es decir los números que ha
generado de forma automática.
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Figura 12: Esquema con la numeración.
Como se aprecia en la Figura 12 no me lo ha hecho muy bien, pero es que yo tampoco he
pensado mucho antes de echarme al ruedo. La próxima prometo hacerlo mejor, ahora para
arreglarlo un poco con el cursor me sitúo sobre el nudo al que quiero añadir algo o modificar.
Si pulso el botón derecho del ratón aparece.
Figura 13: Opciones sobre el nudo pinchado.
Lo que me interesa ahora es modificar propiedades, así que acepto esta opción. Esto
lo podría conseguir de la misma forma desde el visor que hay en la parte derecha superior.
Aceptaría Datos, Nudos de Caudal, y sobre el nudo que quiero editar pulsaría el símbolo
correspondiente que siempre aparece en la parte inferior derecha cuando se selecciona un
nudo. Prueba y me dices si tengo razón.
Una observación importante, Epanet dispone de un módulo de análisis hidráulico
muy potente, tanto estático como dinámico en periodo extendido (ya contaremos en que
consiste esto). Por ello, a Epanet le da igual como dibuje la red pues el busca el punto o
puntos de alimentación disponibles que permiten dar solución a un problema concreto de
análisis. La red que nosotros hemos definido, si intentara, calcularse en Epanet, daría lugar
a varios errores. El primero es que no he definido ningún punto concreto de alimentación de
la red. En un problema de análisis éste podría ser un depósito o un embalse de altura
constante. RG no discrimina si un nudo es un depósito, un embalse o simplemente un nudo
de conexión de varias tuberías con consumo o no. En RG los nudos son de consumo o de
conexión sin restricciones de presión a priori, por tanto es necesario indicar qué nudo será el
inicio de la red, para que luego no tenga problemas.
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Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
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RG tiene en este caso una exigencia, que podría ser vista como otra limitación. Pero no nos
pongamos dramáticos. Para que la cosa funcione, debe existir un nudo 1 y debe ser el nudo
inicial de la línea 1. Es decir no vale que del nudo 1 salgan varias líneas, RG no sería capaz
de digerirlo. Aunque en la práctica pueda ser casi a si, siempre hay que definir una línea
inicial con un único nudo inicial que es el 1.
Red definida
y numerada correctamente
Red definida incorrectamente
y numerada correctamente
10
1
1
10
1
11
1
2
2
11
2
2
3
100
3
100
101
101
4
4
2
5
6
300
2
200
300
7
3
8
9
5
6
200
7
5
9
3
8
5
4
4
Red válida
Red NO válida
Figura 14: Esquemas de redes válidas y no válidas en función del trazado y numeración (I)
Red definida correctamente
y numerada incorrectamente
Red definida incorrectamente
y numerada correctamente
10
1
1
10
12
11
1
2
12
2
2
11
2
3
100
3
100
101
101
4
4
2
5
6
300
3
9
5
6
300
7
25
2
200
200
7
5
8
3
9
5
4
4
Red NO válida
Red NO válida
Figura 15: Esquemas de redes válidas en función del trazado y numeración (II)
El resto de líneas debe seguir una numeración consecutiva de menos a más y los
nudos iniciales y finales del resto de líneas pueden adoptar cualquier valor numérico menos
el 5000, que se utiliza una vez ha sido calculada la red para poder conectar con Epanet
definiendo un depósito ficticio desde el que se alimente ésta. ¡Vaya lío!
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Figura 16: Renumeración de los nudos de la red.
Al aceptar propiedades aparece una ventana de la Figura 16, las casillas activas
están en blanco y pueden modificarse o introducirse nueva información, las amarillas hacen
referencia a resultados y no son editables. En nuestro caso he empezado por el
anteriormente nudo 27, he cambiado el número a 22 y he pulsado [Intro] para aceptar. Para
pasar a otro nudo solo tengo que pinchar con el cursor en el siguiente nudo y clickar con el
botón izquierdo. Fácil, ¿No?
Antes de seguir haremos unos cálculos previos para componer unas tablas que nos
serán muy útiles.
Tabla 2: Características de la red (Cotas y consumos)
Nudo
Cota (m)
Ubicación
Superficie (m2)
Consumo en
nudo (m3/h)
1
2
11
12
13
14
21
22
23
24
25
26
27
101.5
93.8
96.50
93.40
100
101.5
92.3
92.3
91.30
91.30
91.30
89.2
86.8
Depósito
Cabezal
S1-2
S1-1
S1-3
S1-4
S2-1
S2-2
S2-3
S2-4
S2-5
S2-6
S2-7
5543
1654
3607
3582
3597
3597
3481
3481
3481
3352
2507
8,31
2,48
5,41
5,37
5,40
5,40
5,22
5,22
5,22
5,03
3,76
Los consumos se han obtenido multiplicando la superficie afectada por cada nudo
por el caudal por unidad de superficie calculados anteriormente. Inicialmente el valor de los
consumos no van a ser leídos por RG pero le permitirá identificar que nudos son con
consumo y aquellos que son solo de bifurcación.
Ahora toca trasvasar toda esta información de los nudos en Epanet. E l
procedimiento es el mismo. Se selecciona Propiedades, se localiza la cota y e introduce, se
14
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Manual de uso de Rg y Epanet
localiza la Demanda base, y se introduce el caudal consumo en nudo. Manos a la obra. En
mi caso para que me resultara más cómodo me he impreso la página anterior con la tabla
para no tener que ir mirando en varios sitios a la vez. Lo mismo os ocurrirá cuando el
proyecto lo desarrolléis vosotros, cuando haya que partir de la nada.
Figura 17: como queda la red tras introducir todas las cotas y los consumos.
Una observación: Dependiendo de la configuración del teclado, Epanet no acepta el punto
como separador de decimales, en estos casos no deja introducir éste, debiendo utilizar la
coma. Ojo a esta circunstancia que conduce a errores de introducción de bulto que a
primera vista no se detecta (Cota 555 en vez de 55.5)
El siguiente paso es introducir las longitudes de cada una de las líneas, siguiendo el
mismo procedimiento que para los nudos.
Una vez finalizado, en Ver, Opciones, Etiquetas, aceptamos que escriba los valores
de los nudos y de las líneas y en el visor, aceptando Esquema, vemos la cota para los
nudos y la Longitud para las líneas.
Tabla 3: Configuración de la red del ejemplo
Línea
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Nudo inicial
1
2
11
13
14
2
21
22
23
25
27
Nudo final
2
11
12
14
15
21
22
23
24
26
28
Longitud6 (m)
340
70
30
60
20
40
50
35
35
45
50
6
Normalmente las distancias de los tramos se miden en AutoCAD en un plano a escala, pero como
no disponía del mismo las he redondeado a valores muy próximos a los reales. A efectos de ilustrar el
procedimiento no tiene mayor transcendencia.
15
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 18: Visualización de los valores de cota en nudo y longitud en línea.
Esto mismo puede hacerse con los consumos en nudos para ver si todos los datos
introducidos son los correctos. De esta forma, gráfica y visualmente uno puede evaluar la
bondad de la información introducida.
En este punto ya hemos hecho con Epanet todo lo que podíamos en esta primera
fase. Así que el siguiente paso es importar tanto la red, como el esquema para que RG sea
capaz de leerlo.
Para ello me voy al menú Archivos, acepto Exportar, y primeramente exporto la red
en un archivo de texto con extensión INP.
Figura 19: Exporto el fichero INP con un nombre de archivo compatible con DOS
Lo mismo debo hacer con el esquema. Deberé exportar un fichero de texto con
extensión MAP y cuyo nombre no exceda los dichosos 8 caracteres, fundamentalmente para
no tener problemas de recuperación a posteriori.
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Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 20: Exporta el fichero “ejemplo1a.MAP”
Ojo con los cuadros de diálogos de Windows para guardar archivos cuando hay
varios formatos. Conviene comprobar que la extensión con la que se graba es la adecuada,
si no será fuente de problemas y ¿Quién quiere problemas?
Volveremos a Epanet, pues todavía nos queda mucho que contar y aprovechar de
esta maravillosa aplicación, pero por ahora nos vamos. Si hay suerte y no he metido la pata
en nada toda la información grabada podrá ser recuperada desde RG, que era al fin y al
cabo lo que se pretendía.
3.1.1.2. Volvermos a RG
Si no lo tenía activo, toca despertarlo y que se esbabile, que él es ahora quien tiene
que “currar”.
Lo primero que debo hacer es comprobar que el subdirectorio de datos es el que
toca, acepto ARCHIVOS, y SUBDIRECTORIO de datos y compruebo que se ha definido el
correcto.
Figura 21: Subdirectorio de Datos en RG
No olvidar pulsar [Intro] para aceptar, en caso contrario vuelve a la carpeta por
defecto y tendré el lío montado (¡Evitemos problemas innecesarios! ¡Por un mundo con
menos estrés! Lo siento, me ha salido la vena reivindicativa.)
17
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Manual de uso de Rg y Epanet
Al aceptar la opción IMPORTAR trazado aparece la pantalla de la Figura 22, lo que
me indica que voy bien. Acepto el único fichero, que acabo de crear con Epanet, pulsando
[Intro]. A continuación aparecerá otro único fichero con la extensión MAP que aceptaré
mediante [Intro]. Si en este momento pulsara [Esc] RG importaría la configuración de la red
pero no el mapa necesario para el dibujo del gráfico de la red.
Figura 22: Ficheros disponibles en el directorio activo
Si no hay problemas, y parece que no los ha habido, vuelve al módulo Rg. Ahora
para comprobar lo que he importado acepto del menú superior DATOS RED, y al
desplegarse la ventana, la opción CONFIGURACION y topología de la red. Aparece la
pantalla que se visualiza en la siguiente figura.
Figura 23: Datos importados correctamente que definen la configuración de la red.
De la misma forma puedo hacer con las coordenadas de los nudos.
18
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Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 24: Coordenadas de los nudos importadas.
Si aceptáramos la opción de GRÁFICO de la red aparecería un esquema similar al
de Epanet con la única diferencia de que aquí todas las tuberías son líneas que van del
nudo inicial al final, es decir, las líneas no admiten vértices intermedios, otra limitación, pero
como esquema sobra.
Antes de continuar lo que corresponde es SALVAR datos en un fichero, que por
ejempo, llamaremos valga la redundancia, “Ejemplo1”.
Ahora ya podemos continuar, pero para ello necesitamos saber algo más de cómo se
dimensiona una red, y como RG permite efectuarlo.
4. Diseño de redes de riego.
Una red puede definirse como el conjunto de elementos cuyo objeto es la captación,
regulación y transporte del agua desde el punto de captación o regulación a todas las tomas
o hidrantes que la conforman en las debidas condiciones de caudal y presión para que los
sistemas de riego en parcela funcionen correctamente.
En realidad ya habíamos visto antes lo que es una red sin necesidad de definirla. En
primer lugar debo tener un punto de alimentación, que puede ser un depósito, una toma de
un hidrante de una red colectiva, o la salida de una bomba previamente conectada a un
depósito, cauce o acuífero subterráneo.
Luego tengo los nudos, de consumo unos, que simulan tomas o hidrantes en donde
existe una demanda de caudal y presión que ya calcularemos, y otros simplemente que
permiten la interconexión entre tuberías, también llamadas tramos o líneas en este caso.
Haciendo referencia al ejemplo que hemos seguido hasta ahora, el problema del
diseño y dimensionado puede dividirse o estructurarse en fases diferenciadas.
4.1. Fases en el diseño de una red
Independientemente de que sea una red de riego a presión en una parcela, una obra
de infraestructura colectiva o el riego de un jardín, las fases son las mismas y solo habrá
que establecer las diferencias a considerar dependiendo del tipo y naturaleza de la red.
19
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.1.1. Datos de partida. Definición de la zona regable.
En el ejemplo que hemos seguido hasta ahora, ésta queda muy acotada. Es una
finca particular de la que se puede obtener información precisa y sin dificultad de:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Punto de alimentación, tipo y características.
Superficie, planimetría y altimetría de la zona.
Cultivo o cultivos. Características
Tipo de riego en parcela. Condiciones de funcionamiento.
Disponibilidad de energía eléctrica. Organización del consumo.
Sectorización prevista. En base a consideraciones varietales o de cultivo, funcionales
y/o económicas.
En el caso del ejemplo que hasta ahora estamos siguiendo, en el nudo 1 se ubicará un
depósito de 1500 m3 aproximadamente, que se abastece mediante una tubería de
fibrocemento de 250 mm procedente de un depósito de una sociedad de riego y que
mediante un sistema de arquetas y válvulas de plato deriva el agua a cada parcela para el
riego mediante sistemas tradicionales.
En este caso estudiada la posible ubicación de la balsa, debió realizarse un
importante movimiento de tierras para que la solera de la misma estuviera a una cota tal que
permitiera el llenado de la balsa a partir de la citada tubería por gravedad y sin que variará el
caudal circulante por la misma, pues el consumo de aguas se facturaba por horas servidas.
Para definir la capacidad, previamente será necesario hacer un estudio de los
parámetros de riego en función de la información agroclimática disponible y las
características agronómicas del cultivo y sistema de riego.
En el ejemplo que seguimos el sistema de riego adoptado es localizado por goteo. La
balsa se localiza en la zona más alta, pero no con suficiente cota para garantizar los
requerimientos de presión del sistema.
La cota de la solera de la balsa es de 101,5 m y la de la parcela adyacente la misma.
En el caso de la parcela más alejada y de menor cota, la diferencia de cotas es de 15 m. Si
tenemos en cuenta que los emisores (goteros) de riego localizado trabajan a una presión
mínima de unos 8 m, en el caso de ser auto regulados, y de unos 10 mca para los no
compensantes, me quedarían solo 5 m para perder desde el depósito a la parcela más
alejada. Si tengo en cuenta que en el cabezal de riego deberé disponer de los necesarios
elementos de filtración, control, maniobra y regulación que en las condiciones más
desfavorables provocan unas pérdidas de unos 5 m, ya me habría quedado sin presión y
eso que no he tenido en cuenta las pérdidas de carga en la red de distribución que
fácilmente podrían alcanzar otros 5 m. No hace falta insistir más, en este caso es
imprescindible instalar un grupo de bombeo que garantice para los caudales requeridos los
requerimientos de presión en toda la superficie regable.
Si tengo que instalar una bomba, deberé contemplar la posibilidad o necesidad de
llevar una línea eléctrica hasta la ubicación de la bomba. En este caso la bomba se ubica en
el cabezal al que ya se ha hecho referencia y fue necesario tender una línea de baja tensión
en corriente alterna trifásica a 380 V entre fases de unos 500 m de longitud. Fue la
actuación más costosa, pero en este caso necesaria. Podía haberse colocado un grupo
electrógeno que alimentara a la bomba pero por distintas consideraciones se desechó esta
alternativa.
4.2. Datos de partida. Información Agroclimática
El objeto de cualquier sistema de riego es garantizar los requerimientos hídricos de los
cultivos y estos dependen fundamentalmente de:
• Climatología de la zona
• Requerimientos específicos del cultivo
• Edafología
20
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
• Sistema de riego adoptado
En cualquier caso, en primer lugar debo disponer de datos climáticos fiables que me
permitan calcular las necesidades hídricas de los cultivos.
En la actualidad, existe en España, en la zona de influencia del regadio, una red de
estaciones agroclimáticas automáticas que son gestionadas por los servicios técnicos de las
distintas Consejerías de Agricultura de las distintas Autonomías. En el caso particular de la
Comunidad Valenciana, esta información está disponible a través de la página web del
Servicio de Tecnología en Riegos (http://estaciones.ivia.es/estacion/).
En otros países existen Servicios similares, y en aquellos donde la agricultura de
regadío está en sus primeros estadios y no se disponen de estaciones climáticas cercanas a
la zona, estos datos pueden obtenerse mediante el programa CROPWATW
(www.fao.org/AG/agL/AGLW/cropwat.htm ) desarrollado por la FAO, y que puede descargarse
gratuitamente del sitio web del citado organismo.
Concluyendo, en los albores del siglo XXI no hay excusas para obtener una
información climática fiable de la zona en la fase de proyecto.
4.3. Datos de partida. Sistema de Riego Adoptado
Si quiero llevar el agua hasta parcela en las debidas condiciones de presión y caudal
deberé conocer las características del sistema de riego en parcela.
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
En el caso de riego localizado, se deberá definir:
Tipo de emisor a utilizar (Auto regulado o no)
Tipo de conexión a los laterales (integrado o no)
Caudal del emisor
Presión de trabajo o rango efectivo de presiones
Número de emisores por planta.
Estos datos, en algunos casos deben ser definidos por el proyectista, y el resto
vienen dados por un diseño agronómico racional de la instalación que depende de entre
otras cosas: de la información agroclimática ya citada, características del cultivo y del
suelo, eficiencia de aplicación esperada, uniformidad de riego exigida, así como las
estrategias de riego en lo que se refiere a tiempo de riego e intervalo entre los mismos.
En el anexo correspondiente se hará referencia a una hoja de cálculo desarrollada en
Excel que permite abordar esta cuestión.
Por otro lado, se debe conocer como se ha dividido la superficie en subunidades de
riego, los resultados del dimensionado de las mismas, y la ubicación de las tomas en
cada inicio. Esto es determinante cuando el dimensionado de la red corresponde a las
tuberías que alimentan cada subunidad desde el cabezal de riego.
Si se trata de redes colectivas, como la garantía de suministro es al inicio de la
parcela, sobra con conocer el caudal por unidad de superficie, superficie total afectada y
presión mínima que se debe garantizar.
4.4. Datos de partida. Disponibilidad de energía eléctrica
Si se prevé la necesidad de estaciones de elevación habrá que tener en cuenta el
tendido de una línea aérea hasta la localización del cabezal.
Es necesario conocer las tarifas disponibles en baja y alta tensión, así como los tipos
que condicionarán la organización del consumo de tal forma que los costes energéticos de
elevación sean mínimos. Esto exige saber:
ƒ Tarifa a contratar. Condiciones. Término de energía y término de potencia.
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Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Franjas horarias de consumo eléctrico. Tipos de Tarifa. Discriminación horaria.
Bonificaciones y recargos.
ƒ Funcionamiento anual previsto de la instalación
ƒ Posible adecuación del funcionamiento a las franjas horarias de menor coste.
Parte de esta información podrá obtenerse a partir de la compañía eléctrica
suministradora: Tarifa, tipos y costes.
En cualquier caso el funcionamiento previsto depende del sistema de riego adoptado
y del diseño agronómico fundamentalmente.
ƒ
4.5. Disponibilidad de agua. Dotación, frecuencia y calidad.
Se supone que si se va a regar una determinada superficie se tiene garantizado el
suministro.
Si el agua procede de un sondeo de un acuífero subterráneo se deberá disponer del
aforo y comprobar que cubre los requerimientos máximos.
Cada vez menos frecuente es que para una explotación individual de superficie
discreta sea necesario prever obras de regulación debido a que aunque el volumen
disponible es suficiente existe una discontinuidad en el suministro lo que niega el correcto
funcionamiento de los sistemas de riego a presión.
Ejemplo
Una finca de cítricos tiene unas necesidades de riego máximas de 30 m3/ha. La finca tiene
una superficie total de 8 has. El suministro de agua está garantizado mediante las
infraestructuras de distribución de una sociedad de riego en cuya área de influencia se riega
fundamentalmente por métodos tradicionales. El intervalo entre suministros consecutivos en
julio y agosto es de 10 días. ¿Qué capacidad mínima de almacenamiento deberá preverse si
quiere regarse mediante riego localizado?
El volumen diario requerido será:
∀diario = NTr x S = 30 x 8 = 240 m3/día
La capacidad mínima de almacenamiento vendrá dada :
∀ = ∀diario x I = 240 x 10 = 2400 m3
La procedencia condicionará en gran medida los requerimientos de filtración para
evitar la obturación de los emisores.
En caso de redes colectivas cada vez es más frecuente prever que el filtrado sea
comunitario con lo que en hidrante el agua llega con la suficiente calidad y presión para que
el diseño de la red en parcela no requiera ni filtración ni bombeo.
4.6. Organización
de la información
dimensionado mediante RG.
de
partida
para
el
Volvermos a RG. Hasta ahora hemos definido el trazado, que en realidad es una fase
posterior a todo lo anterior mencionado, pero me he permitido esta pequeña licencia pues si
no, no había de comenzar a desfacer entuertos, valga la expresión. He dejado estar serio,
adusto, pero no riguroso y aunque espero que preciso.
Nos vamos a la carpeta en la que teníamos la aplicación y la volvemos a cargar. Me
voy a la opción RECUPERAR datos y me aparecen dos archivos ¡sorpresa!. El que yo grabé
en la sesión anterior y uno que crea automáticamente RG por si se me olvida grabar los
datos. ¡Ay! Tenemos que ser más cuidadosos, ¡Eh!
22
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.6.1. Datos previos (2 pantallas)
Figura 25: Recupera los datos que hasta ahora había introducido o importado
Acepto el ejemplo 1 y me voy a la opción DATOS PREVIOS y seguimos complicándonos la
vida.
Figura 26: Primera pantalla de datos previos.
El primer item que aparece es: Denominación. Esta entrada no es necesaria pero si
recomendable. Aquí describo la actuación a realizar. En este ejemplo puedo escribir:
Red goteo Picassent
Como el trazado y la configuración ha sido previamente importada, el número de
líneas ya aparece, en caso contrario yo tendría que definir el número de líneas previamente
a cualquier otra cosa.
La temperatura de cálculo. ¿Por qué la temperatura? Pues porque las pérdidas de
carga dependen en cierta medida de la viscosidad del agua y ésta es función de la
temperatura. A menor temperatura mayora será el efecto de la viscosidad y mayores las
pérdidas.
Con frecuencia se introduce un valor estándar de 20 ºC ¿Por qué? Pues porque
alguien un día introdujo ese valor, pero quizá debiera analizar la procedencia y la
temperatura del agua en cada época del año. Esta claro que si empiezo a regar en febrero
la temperatura puede ser inferior a 10 ºC, por lo tanto habría que introducir un valor más
próximo a este si quiero ser riguroso. Lo mejor salir de este circunloquio que corre el riesgo
de convertirse en un bucle sin salida. Pongo 15 ºC y así no me caso con nadie y cuando
esté totalmente definida la red puedo ver que influencia tiene la temperatura sobre la
pérdidas y por tanto en el dimensionado.
23
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.6.1.1. Material de las tuberías de la red.
Figura 27: Materiales disponibles en la base de datos
En la Figura 27 aparecen los materiales previstos en la base de datos que, como soy
bueno está actualizada con precios del 2007. Se contemplan 5 materiales, y una opción en
la que puedo combinar materiales y diámetros a mi antojo, bueno casi, con alguna limitación
que ya comentaremos cuando veamos la gestión de la base de datos de tuberías.
En el ejemplo que estamos siguiendo, yo no lo pensaría dos veces, adoptaría PVC,
aunque en la actualidad el PE 100 con unión electrosoldada hace furor. Si quiero ser
riguroso debería hacer un análisis comparando las características mecánico resistentes de
los materiales, costes y condiciones de su instalación en zanja. Como ahora tengo yo la
sartén por el mango, no hay más debate, en este caso PVC.
Figura 28: Unidades de caudal.
Si fuéramos rigurosos, utilizaría las unidades del SI, m3/s, y asunto acabado. Pero
salvo en caso de redes muy grandes y con caudales muy elevados siempre trabajaría con
valores menores que la unidad y con varios decimales lo que es engorroso y favorece
equívocos y errores.
Para facilitar el trabajo se dan 4 opciones. Litros/segundo para redes colectivas de
tamaño medio y grande, litros/hora para redes de riego localizado en parcela y las otras dos
a gusto del consumidor. En el caso que nos ocupa y dadas las características de la red,
adoptaremos: litros/hora.
4.6.1.2. Presión al inicio de la red.
Este dato de partida merece un apartado propio, pues la casuística es elevada. En el
caso del ejemplo que nos ocupa, como el agua se toma de un depósito se supone que la
presión es cero pues la situación más desfavorable a efectos del dimensionado será cuando
la balsa esté prácticamente vacía y la cota de la lámina libre se aproxime a la cota de la
solera del depósito lo que implica que la presión en origen será prácticamente nula.
24
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Siempre que el agua se toma desde un depósito, la presión será nula. En el caso de
una red que se conecta a un hidrante de una red colectiva, el valor de la presión al inicio
será la que me garantice la Comunidad de Regantes que, para riego localizado será de
entre 20 y 35 mca.
Pero a veces, puedo tener una bomba de la que dispongo información técnica que
me permite prever la altura manométrica que dará para las condiciones de funcionamiento
de la red.
Para evitar incrementar la complejidad en la entrada de datos no se contemplan los
distintos casos mencionados con entrada de datos distintos en cada caso.
Resumiendo si se prevé que habrá que instalar un grupo de elevación, del que a
priori se desconoce la altura manométrica, pues la presión al inicio de la red, antes del
cálculo se supone cero. Solo para el caso de redes colectivas, en principio la presión será
no nula.
En el caso que nos ocupa la bomba se instalará en el cabezal de riego, unos 8
metros por debajo del nivel del agua en la balsa, por lo que de ser rigurosos, la presión no
sería nula, pero veremos que, a efectos del dimensionado, me da igual suponer que la
bomba está justo a la balsa que en su ubicación real.
4.6.1.3. Cota del inicio de la red.
Aquí si que hay poco que discutir. Es la cota del origen real de la red, que ya está
definida pues se ha importado desde Epanet.
4.6.1.4. Parámetros energéticos.
RG es un programa de dimensionado que utiliza criterios de optimización técnica
financiera. Existen distintos procedimientos, pero todos se basan en minimizar una función
objetivo, función de costes, garantizando que para los caudales demandados las presiones
resultantes sean como mínimo las requeridas.
La función de costes se compone de los Costes Energéticos anuales (CE) + los
Costes de Amortización de la red de tuberías (CA). En la bibliografía especializada se ha
tratado esto profusamente, por tanto a ella me remito.
En el caso que nos ocupa:
Función Objetivo = Función de Costes Totales.
Costes Totales = CE + CA
Los costes energéticos son función de:
ƒ Tarifa adoptada (Coste término de energía y potencia)
ƒ Tipo tarifa (Franjas horarias previstas. Bonificaciones y Recargos)
ƒ Horas totales de funcionamiento de la instalación
ƒ Adecuación del funcionamiento de la instalación en las distintas franjas horarias.
Por ello si no quiero que la solución obtenida sea el óptimo para unas condiciones de
funcionamiento irreales y por tanto una solución INDESEABLE, o no me queda más remedio
que realizar un análisis exhaustivo de los parámetros de los que depende la función de
costes.
Analíticamente, la función de costes viene dada por:
C E = K1 × H m
Siendo Hm la altura manométrica, variable en principio desconocida, pues depende del
diámetros de las tuberías para las condiciones de funcionamiento impuesta, y es un de los
valores que se calculan en el dimensionado.
El coeficiente de costes energéticos, K1, viene dado por:
25
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
K1 =
Manual de uso de Rg y Epanet
Qo × p × T
× 0,736 (en € / m / año)
75 × η
Ecuación 1
Siendo:
ƒ Qo : Caudal al inicio de red, en litros/segundo en redes cuyos caudales son
calculados mediante métodos determinísticos (redes con organización por turnos o
sectores), y el caudal medio en redes con distribución a la demanda.
Es curioso hay software muy reputado y muy difundido que no tiene en cuenta esta
distinción en función de la organización de la distribución de caudales y afecta de forma
sustancial al dimensionado (¡Toma castaña: Cuantas redes han sido inadecuadamente
dimensionadas!) Y lo grave que es ni se han enterado, ni se enterarán. Y si leen esto,
pues bueno, a lo hecho pecho.
Para el ejemplo en cuestión, el caudal requerido al inicio de la red, depende del
sector de riego en funcionamiento. En estos casos se adopta o el máximo, o el medio.
Podemos ver posteriormente como influye sobre los resultados.
En el apartado 3.1.1 ya se calculó el caudal unitario para las características
agroclimáticas de la explotación y el sistema de riego adoptado. En base a este caudal
unitario, los caudales requeridos en inicios por sector serán:
Tabla 4
Sector
1
2
ƒ
Caudal
unitario
(l/h/m2)
1.5
1.5
Superficie
(has)
1.44
2.35
Caudal
requerido
(m3/h)
21.60
35.25
p : Coste específico de la energía, en €/kWh, que como ya hemos comentado
depende de la tarifa contratada, de la franjas de consumo y de cómo se efectúa el
consumo. En el caso que nos ocupa, debido a que la superficie cubierta es discreta y
por tanto la potencia demandada la tarifa contratada será o fue (pues ya está
ejecutada la obra) la específica para riegos agrícolas en baja tensión y el tipo 1 lo
que supone sin Discriminación horaria. Esto implica un incremento del 20% sobre el
coste de la energía consumida, pero resulta más económico que el alquiler del doble
contador y el reloj conmutador necesario para adoptar la tarifa tipo 2 (Doble Tarifa).
Del análisis de consumos y del precio de los términos de energía específica para
riegos agrícolas y general, término de potencia, coeficiente de discriminación horaria
y energía consumida en una campaña de riegos (periodo anual) se obtiene un precio
medio de la energía de:
p = 0.105 € / kWh
ƒ
T: Tiempo estimado de funcionamiento anual de la instalación. En el ejemplo
seguido, que justificaré en su momento oportuno, no tengáis prisas, es de:
T = 288 horas/año y sector
Como veremos posteriormente, si el dimensionado se aborda conjuntamente para los dos
sectores, el tiempo total a considerar será:
T = 576 horas/año
26
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
ƒ
Manual de uso de Rg y Epanet
η : Rendimiento estimado del grupo de bombeo. Aquí RG no se complica la vida y
supone un rendimiento del 70% en todos los casos (Se puede discutir, pero no afecta
significativamente a los resultados y reduce datos a introducir)
4.6.1.5. Parámetros financieros.
Se consideran dos parámetros que, desgraciadamente varían con el tiempo, y su
evolución no es fácilmente predecible:
• Interés del capital ajeno (factor de interés), r (en %) que depende de la situación
de la economía en un momento dado. Si no existe financiación ajena se entiende
por la actualización anual del precio del dinero.
• Vida útil de la inversión (t) o tiempo de amortización de la inversión (en años)
Estos dos parámetros permiten calcular el factor de amortización técnico financiera
como:
t
(
1+ r) × r
α=
(1 + r ) t − 1
Para los tipos de interés actual, y suponiendo que la administración
subvencione el 50% de la inversión, se puede adoptar un valor de r = 3,3 % y un
plazo de amortización de 12 años, con un periodo de carencia de 2.
El coste de amortización de la red de tuberías vendrá dado por:
N
CA = α × ∑ C ( Di ) × Li
i =1
Ecuación 2
Siendo:
• N: Número de tramos o tuberías que componen la red.
• C(Di): Coste por ml de tubería, función del diámetro y material de la misma.
• Li : Longitud de cada tramo en metros.
Figura 29: Datos previos. Pantalla 1 completada.
A partir de la Ecuación 1y Ecuación 2 puede componerse la función objetivo o de
costes totales.
N
CTotales = K1 × H m + α × ∑ Ci ( Di ) × Li
i =1
Ecuación 3
Las variables a calcular son la altura manométrica y los diámetros de las N líneas que
componen la red, cumpliéndose la restricción que para cada nudo de consumo la presión
resultante se mayor que la requerida. Por tanto para todos los nudos con consumo se debe
cumplir que:
27
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Pfinali
γ
Manual de uso de Rg y Epanet
n
P 
≥  o  + Z1 − Z i − ∑ L j
j ⊄ (1,i )
γ 
Ecuación 4
Siendo.
•
•
•
.n el número de líneas que conectan el origen con el nudo considerado
. (1,i) El recorrido desde el origen al nudo considerado.
. j: línea que pertenece a un tramo del recorrido citado.
Como alguno o la mayoría os habréis dado cuenta, aprovecho de forma subliminal la
explicación del manejo de RG para definir los criterios de dimensionado. No es
imprescindible, pero siempre es bueno saber lo que realmente se cuece dentro de RG.
4.6.2. Datos previos adicionales (Pantalla 2)
Pulsando [Av. Pág] se pasa a la segunda pantalla de datos, salvo los que hacen
referencia a los parámetros financieros antes mencionados, el resto son opcionales y su no
consideración no provoca errores de cálculo, aunque es conveniente justificar el por qué de
los mismos y su utilidad en el dimensionado de la red.
Figura 30: Datos Previos. Pantalla 2
4.6.2.1. Coeficiente mayorante de pérdidas localizadas.
Es una manera de cuantificar las pérdidas que se producen en los elementos
singulares que se disponen en una red y que no se cuantifican mediante las fórmulas de
pérdida de carga continuas.
Normalmente, las fórmulas al uso ya introducen un error en el cálculo por exceso. De
hecho se dice que cuando la distancia de tramo recto entre dos singularidades es superior a
5007 veces el diámetro, las pérdidas localizadas se pueden despreciar.
Al final es un coeficiente de seguridad para no quedarme corto, y que usualmente
adopta valores entre 1,05 y 1,15. Más me parecería un planteamiento excesivamente
conservador.
4.6.2.2. Pérdidas estimadas en el cabezal de filtrado y/o bombeo
Cada vez es más frecuente que exista filtrado comunitario centralizado por lo que se
deben tener en consideración las pérdidas que introduce estos elementos previo a su
limpieza. Por otra parte en el cabezal se localizan válvulas de regulación, contadores y otros
elementos que provocan pérdidas y que habrá que cuantificar.
Esta variable no influye en el dimensionado de la red, pero si en el cálculo de la
altura manométrica, pues RG calcula la altura manométrica como:
7
Algunos autores hablan de 1000 veces el diámetro.
28
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Hm =
Manual de uso de Rg y Epanet
Po
γ
+ HC
Ecuación 5
Siendo: HC : Las pérdidas estimadas en el cabezal.
Para el ejemplo considerado, las pérdidas previstas son las siguientes:
Tabla 5: Estimación de pérdidas de carga en el cabezal
Concepto
Pérdida estimada
(m)
Tramos de tubería en el cabezal, incluyendo codos,
derivaciones y otros elementos singulares
Filtrado, compuesto por dos barreras de filtración
Contador volumétrico
Electroválvula al inicio de cada sector
Totales
2
Pérdida acumulada
(m)
2
6
2
2
12
8
10
12
12
4.6.2.3. Velocidad máxima admisible
Normalmente si los parámetros de partida han sido correctamente compilados, el
dimensionado conduce a resultados con velocidades de circulación razonables,
fundamentalmente cuando es necesario el concurso de un grupo de bombeo. Si se riega
desde un depósito situado a una cota muy elevada y la diferencia de cotas ente los nudos
extremos y el depósito es muy alta, las pérdidas de carga admisibles en los tramos también
serán altas lo que conducirá a velocidades de circulación que quizá puedan ser excesivas.
Así en estos casos, se puede fijar un valor entre 2 y 3 m/s dependiendo de los caudales
circulantes. A mayores caudales las velocidades pueden ser algo más altas.
Otro motivo para restringir la velocidad máxima es previendo posibles transitorios no
deseados que serán tanto más peligrosos cuando mayor sea la velocidad de circulación en
los tramos. Otro aspecto que exige un estudio pormenorizado sobre todo en caso de
grandes redes y con altas presiones de funcionamiento.
En el caso del ejemplo que estamos siguiendo no fijaremos ninguna restricción de
velocidad.
4.6.2.4. Porcentaje sobre costes de tuberías.
Como ya se comentó RG dispone de una base de datos con los precios actulizados
para el año 2007. Tengo 5 grupos de bases, por lo que puedo modificar los precios
dependiendo del objetivo que yo pretenda.
Si quiero modificar porcentualmente todos los precios de un material y para una base
de datos elegida, utilizo esta opción. Un porcentaje inferior al 100% supone un reducción
sobre los precios de la base, porcentajes superiores suponen incrementos sobre los precios.
Creo que sobran más explicaciones.
En el ejemplo no hay que tocar nada.
4.6.2.5. Presión mínima de trabajo
Puedo forzar a RG a que no elija timbrajes inferiores al valor introducido. Esto tenía
sentido antes cuando en PVC se fabricaba la serie de presiones nominales de 0,4 MPa,
cuyo comportamiento a acciones mecánicas exteriores dejaba bastante que desear. Ahora
salvo para el caso del PE 40, si no quiero que trabaje con la serie de 0,4 MPa, le podría
decir que la presión mínima de trabajo debe ser de 6 kg/cm2 (≅0,6 MPa).
De esta forma se elimina de un plumazo los timbrajes inferiores a de la presión
mínima de trabajo fijada.
En el ejemplo no es menester introducir ningún valor.
29
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.6.2.6. Altura sobre estática en timbraje
Este dato se utiliza para timbrar8 la tubería en el caso de que la red se abastezca
desde un depósito a suficiente altura y la presión máxima venga dada por la estática. Si en
el dimensionado de los tubos en movimiento permanente la situación más desfavorable es
que el depósito esté casi vacio, a efectos de timbraje la situación más desfavorable es
cuando la balsa está totalmente llena y las presiones estáticas son máximas.
Puede utilizarse como coeficiente de seguridad para el timbraje. Si la altura del agua
sobre la solera es de 6 m y se adopta un valor de 11 m, el timbraje se efectuará con un
margen de seguridad de 5 m.
En el caso de redes que requieran bombeo, este dato pierde validez pues si la red es
sensiblemente horizontal las presiones máximas se manifestarán cuando durante el
funcionamiento de la instalación se produzca el cierre no deseado de alguna válvula. Y en el
caso de que el agua circule en sentido ascendente, el riesgo de transitorio severo se
minimiza mediante la localización de dispositivos de protección aguas abajo de bombas y en
puntos intermedios de la red.
4.6.2.7. Base de datos de tuberías nº :
Por defecto el programa adopta la base nº 1, pero el usuario puede elegir entre las 5
disponibles y siempre que estén actualizadas y no se hayan borrado, pues en este caso RG
dará un error en el proceso de cálculo.
4.6.2.8. Caudal medio en redes colectivas
A este parámetro ya se hizo referencia cuando se habló de la composición de la
funciónde costes energéticos. El cálculo del caudal medio es muy sencillo, pues viene dado
por la siguiente ecuación.
Qmedio =
∀diario
3,6 × JER
( En l / s )
Ecuación 6
Siendo:
•
•
∀diario: volumen diario para cubrir los requerimientos hídricos de toda la
superficie regable afectada (en m3)
JER: Jornada efectiva de riego. Tiempo de riego máximo diario (horas)
En este caso no se introduce ningún valor, por lo que pulsando [Av.Pág] volvemos al
menú principal y grabamos datos, por si acaso.
Si la ansiedad pudiera con nosotros, y quisieramos abordar ya el dimensionado,
podemos aceptar la opción CALCULAR pero nos aparecerá una ventana con un aviso de
error que tras pulsar una tecla retornará al módulo Rg.
8
Por si alguien no tiene claro a que me refiero cuando digo timbrar la tubería, esta acción consiste en
elegir un diámetro con una presión de trabajo superior a la máxima que se verifica y calcula RG.
30
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 31: Ventana de error tras aceptar CALCULAR
Y es que previo al dimensionado será necesario introducir o calcular los caudales
circulantes por cada uno de los tramos de la red.
4.7. Datos de partida. Material de las tuberías. Bases de datos
Volvemos al menú principal y en la opción ARCHIVOS aceptamos BASE DE DATOS
TUBERÍAS.
Figura 32: Pantalla inicial de la base de datos
Aparece la pantalla de la Figura 1 donde se puede seleccionar con que base de
datos voy a trabajar. Inicialmente se accede a la base de datos nº1 y de ahí se accede al
menú de la Figura 33
Tras una rápida visita a cada una de las opciones vemos que al final aparecen las
siguientes opciones:
• Grabar Datos en otra Base de datos
• Trabajar con otra base de datos
• Salir del programa.
Cada vez que se entra en alguna de las opciones del menú de la Figura 33 y se
abandona con [Esc] o las teclas [Av.Pág] y [Re.Pág], en algunos casos, todos los datos
introducidos, existentes o modificados son automáticamente grabados en los archivos
correspondientes a la base de datos activa.
La opción grabar en otra base, graba todos los archivos correspondientes a
rugosidades y materiales en otra base que el usuario elige. Ojo pues esta opción puede ser
interesante cuando quieren modificarse solo algunos datos y tenerlos en dos bases
diferentes, pero corremos el riesgo de “machacar” datos existentes todavía útiles o borrarlos.
RG previendo esto, crea una subcarpeta denominada “Precios” con los archivos que
utilizarán RG para dimensionar y otra “Copia de Precios” con los archivos de seguridad, por
denominarlos de alguna manera. Si me equivoco y machaco lo existente siempre tengo la
opción de copias los datos disponible al comienzo del uso de la aplicación.
31
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 33: Opciones de cada base de datos
Una recomendación es hacer copia de los archivos en subcarpetas que tengan el
nombre “Precios” + “Fecha de modificación”. De esta forma, si lo pierdo todo no tengo que
volver a introducirlo o recuperar los datos iniciales.
4.7.1. Rugosidades de cálculo.
Rg utiliza la fórmula de Darcy-Weisbach para el cálculo de las pérdidas de carga
continuas. El factor de fricción lo calcula mediante la fórmula de White Colebrook, en la que
es dato imprescindible la rugosidad de cálculo del material. Normalmente, son valores
estándar pero en ocasiones puede interesar ver la influencia de un incremento de la
rugosidad en los resultados del dimensionado. Lo mejor, como ya he dicho en reiteradas
ocasiones, es probar. Jugar con RG y sus aplicaciones para sacarles el máximo partido.
Figura 34: Opción Rugosidades de cálculo
Para salir y que grabe los datos modificados utilizo [Esc]
4.7.2. Materiales disponibles.
Dado que las redes pueden ser de muy diferentes dimensiones y que los sistemas de
riego que abastecen también se han previsto los siguientes posibles materiales
• PE 100
• PE 40
• PVC
• Fundición dúctil
• Poliéster Reforzado con fibra de vidrio.
32
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Para los tres primeros materiales existen unas normas europeas comunes, de tal forma que
las características del material, diámetros nominales y diámetros interiores para cada
presión nominal son comunes en toda el área de influencia de aplicación de la Norma EN
correspondiente.
Por ello si entro en la opción del PVC o PE, me aparecerá una pantalla como la de la
Figura 35. En ella aparecen los diámetros nominales y los precios vigentes para cada
presión de trabajo, que son las variables susceptibles de cambio a lo largo del tiempo. De
hecho en estos últimos años el incremento del precio del petróleo ha disparado el precio de
las tuberías fabricadas a partir de esta materia prima.
Como el número de diámetros no cabe en una sola pantalla, para acceder al resto se
pulsa [Av.Pág]. Si estoy en la última pantalla y pulso la citada tecla se grabarán los datos
hayan sido modificados o no y se vuelve al menú principal de la base de datos.
Figura 35: Precios PVC UNE EN 1452
Si yo quiero anular un diámetro nominal, es decir que RG no lo utilice en el
dimensionado, lo único que tengo que hacer es asignar precio cero a todas las presiones
nominales correspondientes a dicho diámetro. Si, por ejemplo, el fabricante con el que
trabajo, no dispone de 160 mm, pondría a cero los precios de toda la fila y RG ya no lo tiene
en cuenta (no hay problemas de errores).
Si por alguna razón se modificara la norma correspondiente y los diámetros interiores
no correspondieran con los de la base, se debe comunicar al que suscribe para que
modifique los ficheros de datos y los actualice. Lo puede hacer el propio usuario, pero por
ahora, no voy a contar como pues quizá en vez de hacer un favor, provocaría un lío de
mucho cuidado.
En el caso del Poliéster como cuando se desarrolló la aplicación, aunque había
normativa en vigor, había bastante desbarajuste de diámetros interiores en función del
diámetro nominal y el timbraje, pues permite modificar éstos, es decir los diámetros
interiores, pero si bien el usuario tiene un mayor control no siempre le puede resultar
favorable. Muy al contrario puede jugar en su contra. Ya explicaré por qué.
4.7.3. Tuberías definidas por el usuario.
Puede ocurrir, y esto es frecuente que en una red se quieran combinar distintos
materiales, pues los caudales son muy distintos dependiendo de que las tuberías sean
principales o terminales, o simplemente, se quiere que coexistan dos materiales de
características mecánicas similares, pero precios diferentes (Por ejemplo PE 100 y PVC). O
se van a utilizar materiales raros, o cuya normativa no ha sido contemplada.(La idea es que
RG pudiera ser utilizado en cualquier lugar del mundo; ahora limitada al área de influencia
iberoamericana por el idioma en que está escrito, pero también existe una versión en inglés,
aunque por obras no está disponible).
Por tanto yo puedo crear mi propia base que combine varios materiales de forma que
el dimensionado puede ser más preciso en la selección del material y diámetro más
adecuado.
33
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Esta opción funciona algo diferente a las demás, fundamentalmente porque hay que
introducir más información para que RG la digiera y la utilice adecuadamente.
Esta opción me permite hasta 50 diámetros nominales diferentes, 4 materiales
distintos y 4 presiones nominales. En mi opinión creo que la base de tuberías que se puede
crear satisfará las necesidades de la gran mayoría de los casos (Vale, en algún caso, el
proyectista o usuario querrá un material más o una presión de trabajo más, pero en algún
sitio había que parar). Y aunque esto es tautológico, lo que aparece es lo que hay.
Figura 36: Primera pantalla de tuberías definidas por el usuario
Lo primero que tengo que definir es el número de diámetros, 18 en la figura, pulso la
tecla de cursor [Abajo] que realmente es la flecha hacia abajo [↓] y defino el número de
materiales distintos, 2 en la pantalla. Si pulso otra vez la tecla de cursor [↓] me aparece una
subventana tal como la Figura 37. Asigno a cada material su rugosidad y salgo de la
ventana con la tecla [Esc]. ¡Siempre las mismas teclas! Y no tiene doble sentido.
Figura 37: Ventana con las rugosidades de cálculo
Ahora otra vez con la tecla [↓] me posicionaría en la celda correspondiente al número
de presiones de trabajo, 3 en pantalla, vuelvo a pulsar [↓] y aparece la sub ventana de la
Figura 38.
Misma dinámica que en el caso anterior. Al pulsar [Esc] vuelvo a la pantalla de la
Figura 36. Vuelvo a pulsar [Esc] y aparece la pantalla donde yo introduzco los diámetros
nominales, material, diámetros interiores y precios correspondientes a cada timbraje.
Una observación yo puedo definir los diámetros nominales en el orden que quiera,
puede haber dos diámetros nominales iguales pero consecuentemente correspondientes a
materiales distintos. Cuando salga definitivamente de la opción mediante repetidos [Esc] o
[Av.Pág], antes de grabar en fichero, la aplicación ordena la base en orden ascendente de
diámetros, y si existen dos diámetros nominales iguales asigna el primero a aquel cuyo
precio por ml sea menor. Esto tiene interés fundamentalmente para que en la fase de
dimensionado RG encuentre la solución más económica.
Si dejo algún diámetro nominal sin valor, le asigna valor nulo, lógicamente, y antes
de grabar, lo pone al inicio. Esto es una limitación que no me ha dado tiempo a modificar,
34
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
pero está previsto que, si hay demanda, en la inmediata actualización, si detecta un
diámetro nominal nulo, elimine la línea que lo contiene y reduzca en 1 el número de
diámetros de la base, así se evitan errores de cálculo por olvidos en la introducción de toda
la información.
Figura 38: Ventana con las presiones de trabajo.
Figura 39: Pantalla con los diámetros nominales, interiores y precios
Bueno ya hemos avanzado algo más, ya prácticamente estamos en condiciones de
“calcular” alguna red.
4.8. 2ª Fase: Definición del trazado
Esto puede resultar paradójico, la segunda fase ha sido la primera en ser abordada.
Parece que no tiene sentido, pero si. Yo necesitaba de alguna manera ilustrar la
conectividad entre Epanet y RG y por eso me he adelantado, pero previo al trazado
lógicamente debo haber buscado toda la información de partida a la que se ha hecho
referencia en el apartado 4.1 y haber procedido a su tratamiento y compilación.
Sobre trazado hay algo escrito si bien, al final van a ser criterios funcionales los que
determinen el mismo. Se trabaja en la utilización de SIG y el desarrollo de aplicaciones que
permitan generar automáticamente el trazado para unas condiciones dada y características
geométricas, agronómicas y edáficas de las parcelas a regar, pero todavía queda mucha
tela que cortar hasta dispone de una aplicación sencilla, robusta y fiable y que sea accesible
desde el punto de vista económico. Así que, por ahora, de trazado, poco más vamos a
hablar. Salvo, claro está, que algunos de mis hipotéticos lectores y por tanto fervientes
seguidores crea necesario tratar el tema con mayor extensión y detalle.
35
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.9. Fase 5ª: Dimensionado de la red de distribución
Me he saltado la fase 5º a propósito. Voy a intentar dimensionar la red con la
información que tengo hasta el momento y voy a ver que pasa. Igual funciona, pero igual
hay que agachar las orejas y volver a esa fase o fases que me quise saltar para simplificar el
problema.
Así que sin tiempo que perder, he retornado a RG, acepto la opción DATOS RED y a
continuación acepto la opción CONFIGURACIÓN y topología de la red. Accedo entonces a
una pantalla ya conocida
Figura 40: Configuración de la red
Tal y como he numerado la red no me hace falta volver al principio del documento
para saber a que sector corresponde cada nudo final. Además en Etiqueta puedo escribir un
pequeño comentario de hasta 12 caracteres que me aclare que es cada cosa.
Figura 41: Introducción de más información sobre la red.
He asignado a cada nudo final su sector. Ha sido fácil, los nudos de consumo son de
tipo 1, los que modelizan solo la interconexión de varias tuberías sería de tipo 0 o nulos,
como es el caso del nudo 2. Cuando numeré la red en Epanet, no se si os acordáis que para
mejor identificar cada nudo, utilizaba valores a partir del 11 para los nudos de la sub red
correspondiente al sector 1 y a partir del 21 para los nudos correspondientes al sector 2. Por
ello también me ha sido fácil asignar una etiqueta todavía más ilustrativa a cada nudo final.
No se si lo he dicho, pero como es importante, lo digo o insisto, en esta pantalla la
columna que se refiere a una propiedad de línea, longitud o caudal por línea corresponde
con el número de línea, en caso de que la propiedad corresponda a un nudo, siempre se
refiere al nudo final o aguas abajo. De hecho solo me quedarían por asignar las propiedades
del nudo 1, algo que ya hice en la primera pantalla de DATOS PREVIOS (la cota y la presión
en origen ¿Recordáis?)
Bueno, como hay que ser curioso y en la barra horizontal de ayuda inferior aparecen
cosas antes de las teclas de función, pulso [F7] cuyo título sería “Opciones” y me aparece
una ventanita con dos opciones (Figura 41). ¿Qué significa esto?. Que si acepto la opción
36
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
uno en la columna de caudales yo asigno el consumo en el nudo correspondiente. RG lo
entiende así y calcula a posteriori los caudales circulantes por línea aplicando la ecuación de
continuidad en nudo. Si se acepta la opción (2) caudales por línea, RG utiliza esos valores
para el dimensionado de la red, sin verificar si se cumple la ecuación de continuidad o no.
Es más en la opción 2 no puede verificarse ésta pues no se definen los consumos.
Ahora, no lo habría hecho así. Todo tiene su explicación. En su primigenia RG era
una herramienta pura y dura para el dimensionado de la red de tuberías. El resto de cálculos
previos los tenía que hacer a parte, ya fuera con calculadora, lápiz y papel o con una hoja de
cálculo como herramienta informática complementaria (Entonces, Lotus 123 ¡Que tiempos
aquellos! Me voy haciendo mayor, y si alguien con menos de 40 años lee esto o se raya o
piensa a mi se me ha ido una pinza. Todo es posible.)
La opción 2 estaba pensada para redes con organización a la demanda en la que el
cálculo de los caudales circulantes por línea se efectúa siguiendo métodos probabilísticos,
de tal forma que los caudales calculados por línea no tenían por qué cumplir la ecuación de
continuidad. De hecho no la cumplen. Ahora estos cálculos se pueden hacer desde la
opción que hay en ficheros “CALCULO DE CAUDALES”, pero esta prestación se introdujo a
posteriori y se pensó que mejor no modificar el módulo base inicial.
En cualquier caso como se trata de un riego en parcela la red abastece los inicios de
subunidades de dos sectores, por lo que la opción a aceptar es la 1. Además tengo los
consumos calculados en la Tabla 2 que está en la página 14. Así que manos a la obra y a
rellenar la columna correspondiente.
Pulsando la tecla de función [F6] puedo asignar una presión requerida común a todos
los nudos con consumo. Como cada toma o nudo abastece a una subunidad, y estas utilizan
emisores que trabajan a 10 m, la presión en origen, dependiendo de las dimensiones de la
parcela estará comprendida entre 10,5 y 11,5 m. Redondeo y adopto valor único de 12 m.
Esto no me lo he inventado, previamente habían sido diseñadas y dimensionadas las
subunidades, pues no tendría sentido asignar presiones requeridas estimadas. ¿Entonces
para que quiero una aplicación que trata de buscar la solución más económica?. La pantalla
de datos me queda tal que así.
Figura 42: Pantalla completada.
Veo que quedan algunas teclas de función sin comentar.
• [F5] Diámetros: Esta opción permite fijar previamente las características de las
líneas cuyo tipo sea 2 ó 3.
ƒ 2 hace referencia a una línea de diámetro prefijado y cuyo nudo final sin
consumo (tipo 0)
ƒ 3 hace referencia a una línea de diámetro prefijado y cuyo nudo es de
consumo (tipo 1)
• [F4] Inserta línea: Cuando la red tiene muchas líneas es fácil meter la pata y
comerse alguna. Ahora que el trazado se puede definir mediante Epanet es más
difícil que esto ocurra, pero puede darse el caso de que tras un primer
dimensionado considere que una subunidad se alimenta mejor desde otro nudo y
haya que inserta una línea sin que toda la información introducida se vaya al
37
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
garete. Una solución sería ir a la pantalla de DATOS previos y decir que la red
tiene una línea más, volver a CONFIGURACIÓN y esa línea conectarla al nudo
en cuestión, pero queda fuera de contexto. A veces es mejor insertar la línea en
la zona que le toca y para eso sirve esta opción. Ya haremos algún ejemplo, y si
no prueba y si no te convence me lo dices.
• [F3] Borrar línea: Su utilidad es manifiesta. Quiero eliminar un tramo y no quiero
que la configuración se escacharre, pues digo la línea que quiero borrar, la
elimina y luego solo tengo que interconectar la línea de antes con la de después.
En estos dos últimos casos volver a Epanet no es práctico, mejor solucionarlo
en casa.
[F5] lo vamos a utilizar dentro de un ratito así que no me extiendo más al respecto y
ya salgo de la pantalla, grabo pero con otro nombre. No quiero fastidiar el archivo
base. En este caso lo voy a llamar
“RED1S”
Acepto calcular y me aparece la siguiente pantalla con una pregunta.
Figura 43: Visualización de la curva de ajuste costes – diámetros
¿Por qué esta pregunta? Fácil respuesta, por el método de cálculo que utiliza RG,
denominado Método de la Serie Económica Modificada. Una de las premisas que asume es
que la función de costes diámetros puede ajustarse a una función continua del tipo.
C = A × Da
Ecuación 7
38
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 44: Curva de ajuste costes diámetros
Esta opción me permite visualizar la curva de ajuste y los puntos que representan los pares
(coste unitario – diámetro). La que aparece en la Figura 44 no corresponde exactamente con
el ejemplo que estamos siguiendo, pero es que no hay manera con esta versión de Windows
de capturar la imagen. (¡Qué le vamos a hacer!)
Tras visualizarla, y si no hay problemas, que no los ha habido aparece la pantalla
que ilustra la Figura 45
con el rótulo central en verde fosforito lo que me indica que ya
estoy en la pantalla de resultados.
Figura 45: Pantalla de resultados.
Si acepto la opción RESULTADOS, SALIDA POR PANTALLA me aparece como
indica la opción, los resultados… En pantalla, no iba a ser vía satélite.
Figura 46: Resultados. Primera pantalla.
Como no cabe toda la información en la pantalla, limitaciones del DOS, y sobre todo mías
que no fui capaz de hacer un “scroll” horizontal y otro vertical. Si pulso las teclas de cursor
[←] ó [→] paso de los datos de la Figura 46 a los de la Figura 48
39
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 47: Primera pantalla.
Figura 48: Resultados. Segunda pantalla
Si me fijo bien en la primera pantalla de resultados me deberá llamar la atención de que el
caudal requerido al inicio es relativamente alto y no corresponde al del sector 2 que sería el
mayor. ¿Qué ha pasado? Pues que RG ha dimensionado “a la brava” sin discriminar si un
nudo pertenecía a un sector u a otro. O en descargo de RG yo no le he dicho como funciona
la red y el ha supuesto que los dos sectores funcionan a la vez, lo que no es así. He llegado
a unos resultados, que yo puedo maquillar, pues puedo modificar algún que otro diámetro,
pero no corresponden a las condiciones reales de funcionamiento. Y el problema es que me
he saltado la fase 3ª del diseño, es decir, definir los parámetros de funcionamiento de la red.
Y como dice el conocido aforismo “las prisas salen caras” o “No por mucho madrugar
amanece más temprano”.
Así que dejaré para mejor ocasión, dentro de unos cuantos apartados, la explicación
de las opciones que el menú de resultados ofrece.
Volvermos al módulo principal de RG, no sin antes Salvar Resultados para que
quede constancia de mi pecado. Ya buscaré penitencia acorde a la magnitud del mismo.
(¡Ele!)
4.10. Fase 4ª: Parámetros de funcionamiento
4.10.1. Parámetros de riego
Esta fase no está contemplada como tal en RG, pero si en la hoja de cálculo adjunta
a la que ya se ha hecho referencia.
40
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Habrá que diferenciar cuanto se trata de una red colectiva que abastece a un número
determinado de parcelas, donde los cultivos pueden ser diferentes, y por tanto las
necesidades de riego. Esto se traduce que el periodo de máximas necesidades no tiene por
que coincidir, y que los tiempos de riego e intervalo entre riegos pueden ser distintos. Lo
mismo podría ocurrir en el caso de una explotación individual con varios sectores en los que
las variedades cultivadas son distintas, variando las necesidades y por tanto los caudales
unitarios requeridos.
A efectos del diseño de la red, me interesa para cada cultivo, edad y marco de
plantación, y si pudiera tipo de suelo, determinar el caudal unitario o caudal por unidad de
superficie. A partir de ahí conocidas las superficies y los cultivos de cada toma, hidrante o
inicio de subunidad podría determinar de forma precisa los caudales requeridos en toma.
Para una red en particular podría tener una tabla que debería completar, con la
siguiente información.
Tabla 6: Caudales requeridos por toma e hidrante
Hidrante
Nudo de la
red
A
21
B
33
C
35
D
38
Tomas por
hidrante
1
2
3
4
5
6
1
2
3
1
2
3
4
5
6
1
2
Cultivo por
toma
Caudal
unitario
(l/s/has)
Superficie
(has)
Caudal
toma
(l/s)
Cítricos
En cualquier caso para completar la tabla anterior, habría que determinar los
parámetros de riego, necesidades totales de riego por unidad de superficie y por planta en
el periodo de máximas necesidades, así como elegir la solución más adecuada de caudal
del emisor, número de emisores por planta, y número de laterales por fila de planta. Esto a
su vez permitirá calcular el tiempo de riego y el intervalo entre riegos para cada cultivo en
máximas necesidades, así como la previsión de funcionamiento anual del riego para cada
cultivo.
Vamos a plantear un ejemplo con 4 cultivos, y mediante el correspondiente diseño
agronómico procederemos a la determinación de los parámetros de riego.
Ejemplo
•
Cultivos:
ƒ Cítricos 1. Marco de plantación : 4 m x 2,5 m. Diámetro aéreo, Da = 2,25
m
ƒ Cítricos 2. Marco de plantación : 6 m x 4 m. Da = 3,5 m
ƒ Cirulelos. Marco de plantación: 5 x 4 m. Da = 2,5 m.
41
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
•
•
•
•
•
Manual de uso de Rg y Epanet
ƒ Alcachofas. Marco de plantación: 1 m x 0,5 m. Da = 0,75 m
Estación climática: Picassent (Valencia)
Sistema de riego a presión: goteo
Textura de suelo: Media para todos los casos.
Eficiencia de aplicación estimada (EA). 0,9 para cultivos leñosos y 0,8 para
cultivos hortícolas
Uniformidad de emisión estimada (UE): 0,9 en todos los casos.
Los coeficientes de cultivos para el caso de cítricos los calcula automáticamente la hoja de
cálculo implementada. Para el resto de casos se toman de los servicios de asesoramiento al
regante, STR (Servicio de tecnología del riego, en el caso de la Comunidad Valenciana). O
podrían obtenerse de CROPWATW.
Tabla 7: Coeficientes de cultivo (Kc) Cultivos leñosos Comunidad Valenciana
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Albaricoque
0,243
0,314
0,286
0,429
0,643
0,429
0,429
0,429
0,429
Ciruelo 2ª
quincena
Junio
0,286
0,357
0,429
0,643
0,714
0,571
0,571
0,571
0,571
Almendro
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,52
0,65
0,45
0,4
Olivo Riego
Def.
Controlado
Olivo
0,5
0,5
0,65
0,6
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,6
0,65
0,5
ManzanoPeral
0,2
0,2
0,5
0,4
0,5
0,1
0,1
1
1
0,24
0,32
0,44
0,56
0,68
0,68
0,6
0,52
Tabla 8: Coeficientes de cultivo medios mensuales Alcachofa9
Mes
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Kc
1.15
0.90
0.75
.75
0.75
0.42
0.35
0.45
Los resultados del diseño agronómico (realizados con la citada hoja de cálculo de Excel) se
listan en la siguiente tabla.
9
Fuente: Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA)
42
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Cultivos
Cítricos 1
Cítricos 2
Ciruelo
Alcachofa
NTr
(mm/día)
32.1
77.7
43.4
2.4
Manual de uso de Rg y Epanet
Tabla 9: Resultados del diseño agronómico.
Número
Separación
Caudal
Caudal
de
entre
del
unitario
emisores
emisores
emisor
(l/h/m2)
planta10
(m)
(l/h)
5
9.6
11
8
1.33
1
1.25
1.25
0.75
3
4
4
1.8
1.5
1.6
1.6
1.8
Tiempo
de riego
(h)
2.75
2.78
2.53
1.97
Intervalo
entre
riegos
(días)
1.4
1.4
1.8
1
Esta tabla se debería ampliar en tanto en cuanto el número de cultivos distintos sea
mayor. En cualquier caso da una idea de la dinámica a seguir.
Ahora ya estaría en condiciones de completar las celdas de la Tabla 6 y a
continuación proceder al cálculo de los caudales circulantes por cada una de las líneas de la
red, conocido eso si, el sistema de distribución.
4.10.2. Organización del riego.
En redes de riego en parcela la organización siempre es por turnos o sectores de
funcionamiento secuencial o independiente.
En redes colectivas, la organización del riego va a depender en gran medida del tipo
de red, superficie de las parcelas, cultivo y grado de automatización.
En los últimos 20 años la mayoría de las redes colectivas de riego a presión se han
diseñado admitiendo una distribución de caudales a la demanda. Es decir el usuario decide
cuando y cuanto quiere regar dentro de unas limitaciones.
En este caso el cálculo de los caudales circulantes por tramo se basa en métodos
probabilísticos. Sin entrar en detalle, se calcula para cada tramo o línea de la red el caudal
máximo probable para garantizar una determinada calidad de funcionamiento de las tomas
que abastece. Se entiende como calidad de funcionamiento el porcentaje de veces que la
demanda ha sido satisfecha. Se suelen adoptar calidades de funcionamiento, desde el 99%
para líneas que abastecen pocas tomas, hasta el 95% cuando el número de tomas es muy
elevado.
Cuando una línea abastece un número de tomas pequeño, menor que un valor
previamente establecido, usualmente 10, el cálculo de caudales se realiza por métodos
determinísticos, es decir, el caudal será el sumatorio de los consumos en las tomas que
abastece una determinada línea.
En redes con organización por turnos el cálculo de caudales se realiza mediante la
aplicación de la ecuación de continuidad en los nudos que componen la red. El método es
relativamente sencillo. El problema es que cuando una red se organiza en varios sectores
con tramos comunes, hay que adoptar algún criterio en orden a abordar el dimensionado
con garantías.
Un procedimiento sería calcular los caudales circulantes por tramo para cada sector,
dimensionar cada uno y adoptar los diámetros mayores para cada tramo. Resulta tedioso y
poco práctico, salvo que el software así lo contemple. Otro procedimiento que es el que
utiliza RG es calcular los caudales máximos circulantes por cada tramo para todos los
sectores de la red y posteriormente abordar el dimensionado. En este caso no se cumple la
ecuación de continuidad, pero como luego se procederá al análisis de la solución obtenida o
adoptada, el método resulta satisfactorio y simple.
10
Por m2 en el caso de cultivos hortícolas
Valor de referencia que es función de la superficie ocupada por la planta, doble lateral por fila de
plantas y separación entre emisores.
11
43
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.11. Fase 4ª: Cálculo de caudales.
Y me acerco poco a poco al punto que quería y había abandonado anteriormente por
razones obvias: ¡Me faltaban datos!. Así no se puede abordar el diseño y dimensionado con
rigor.
Volvemos a Rg que lo teníamos algo apartado y ya nos empezaba a echar de menos
(Es que es algo sentimental, no en vano está desarrollado en DOS y está ya provecto y falto
de cariño).
En el módulo principal, en el menú Archivos, aceptamos la opción Cálculo de
Caudales.
Figura 49: Acceso a la opción “Cálculo de CAUDALES”
Esta opción ha existido desde hace años, más de 10, pero hasta hace poco se denominaba
“Pasar a módulo DM” y como la mayoría de los usuarios no se leían los manuales, pues no
sabían lo que podía hacer, y es que hay que leer más, de todo por favor.
Figura 50: Ventana inicial de módulo de cálculo de caudales.
Reconozco que no es muy intuitivo el proceso, pero como ya he comentado antes al
RG primigenio se le fueron añadiendo prestaciones y a veces se podían ubicar de tal forma
que fueran fáciles de ver y acceder y en otras pues se optó por crear distintos módulos que
pudieran comunicarse entre si.
No tocaremos en principio el menú FICHEROS porque poco hay que hacer todavía
con él. Nos vamos directamente a DATOS PREVIOS y DATOS RED. Un inciso, RG
trasvasa al módulo actual, en este caso DM, toda la información de la red con la que
estamos trabajando que le pueda ser útil. En este caso, el número de líneas y la
configuración de la red. Así que si accedo al menú DATOS PREVIOS me encuentro con la
pantalla de la
44
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 51: Datos previos. Módulo RG
En denominación, pues más de lo mismo. Ya lo comentamos en la primera pantalla
de datos de RG. El número de líneas lo ha importado, corresponde al ejemplo “RED1S” que
estamos siguiendo.
Aunque aparece la temperatura como dato, no es necesario introducirla.
4.11.1.1. Número de tipos de tomas
Se refiere a los diferentes tipos de tomas que pueden definirse cuando la distribución
es a la demanda. Si una red abastece a, por ejemplo, 2000 tomas, no resultará difícil,
agrupar éstas en hasta 12 tipos de tomas con un caudal asignado y unas características de
funcionamiento comunes. En fin es un criterio que asumí como autor de la aplicación. Se
pretendía simplificar el procedimiento de introducción de datos al mínimo pero manteniendo
una alta precisión en los cálculos y resultados. En su momento veremos un ejemplo de una
red con organización a la demanda y entonces podréis opinar con conocimiento de causa y
si fuera el caso proceder a mi lapidación. Espero que no…
4.11.1.2. Unidades de caudal.
Lo mismo que vimos en RG. Si allí lo introdujimos, ya tenemos esa faena hecha.
4.11.1.3. Tipo de distribución.
A la demanda o por turnos. Elijo en este caso por turnos.
4.11.1.4. Número mínimo de tomas
Esto se refiere al número mínimo de tomas que debe abastecer una línea para
aplicar las fórmulas de la demanda, por lo que en este ejemplo lo dejamos en blanco.
4.11.1.5. Número de sectores
En este caso 2, aunque admite hasta 16.
4.11.1.6. Jornada efectiva de riego.
Tiempo de riego máximo diario. En el ejemplo que estamos siguiendo sería la suma
de los tiempos de riego de los dos sectores:
JER = 5,5 horas
4.11.1.7. Caudal ficticio continuo
Es una forma de expresar las necesidades hídricas totales. Se relaciona con las
necesidades totales de riego, expresadas en mm/día mediante la siguiente ecuación:
q = 0,112 × NTr
Ecuación 8
45
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
En el caso que nos ocupa, el ejemplo de la red de riego en parcela con los dos
sectores, el caudal ficticio continuo será:
q = 0,112 ×
32,1
= 0,36 l / s / ha
10
No es un dato de obligatoria introducción, pero permite el cálculo de caudales, en función de
la superficie de las tomas que abastece cada sector y viceversa. Es decir, permite calcular
superficies y por tanto comprobar la bondad en los cálculos introduciendo los caudales en
toma.
Una vez introducidos los datos en la primera pantalla, los grabo por si acaso…
Puedo asignarle el nombre “RED1SA”. Por si estudio alguna alternativa más para esta red.
Figura 52: Pantalla de datos ya cumplimentada.
4.11.2. Menú datos Red.
Una vez salvado o grabado como lo queráis denominar, accedemos al menú DATOS
RED y sus opciones.
Figura 53: Menú Datos Red
4.11.2.1. Topología de la red.
Ya la he importado desde RG, así que veré los nudos iniciales y finales de cada
línea, si el nudo final es de consumo o no y las etiquetas identificativas.
4.11.2.2. Datos Nudos.
Me permite introducir o los caudales o las superficies por sector para cada nudo de la
red, pero ¡Cuidado! Tengo que pedir disculpas, antes de esta opción tendría que aparecer la
última “PARAMETROS”, por que si no se han introducido los parámetros de riego no me
dejará introducir las superficies o caudales por sector y nudo. Es un pequeño fallo.
46
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.11.2.3. Parámetros
Aunque no está en el mismo orden me interesa venir a esta opción cuanto antes.
Cuando el riego es por turnos, aparece una ventana con los dos parámetros de riego
necesarios: Tiempo de riego e intervalo entre riegos.
Cuando se trata de una red con organización a la demanda, la introducción de datos
es opcional y por eso estaba la última. En mi descargo tengo que decir que inicialmente el
módulo DM solo se utilizaba para el cálculo de caudales en redes con organización a la
demanda. Entonces si que la ubicación era la adecuada. Al considerar también la posibilidad
del cálculo de caudales con redes con funcionamiento por turnos había que aprovechar la
estructura de la aplicación y de ello que ahora quede un poco raro. (Disculpado).
Figura 54: Parámetros de riego en redes a turnos.
Ahora si que puedo ir a DATOS DE NUDOS sin riesgos. Si acepto introducir datos sobre
caudales, me aparece la siguiente pantalla:
Figura 55: Datos sobre caudales.
En el ejemplo que se sigue ahora tendría que recuperar los datos de la Tabla 2
(página 14) e introducir los consumos en cada nudo en la columna correspondiente al sector
asignado.
Tendré que tener cuidado de que las unidades de caudal sean las mismas que definí
en RG y que se importaron y aparece en la pantalla de Datos Previos.
Una vez introducidos los caudales, ya estamos en condiciones de calcular, pero
antes grabaremos los datos introducidos por lo que pudiera pasar. Nunca se sabe, y esto de
la informática, por lo menos en mi caso, sigue siendo un misterio insondable.
47
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 56: Caudales introducidos para cada sector.
4.11.3. Opción CALCULAR.
Una vez grabado y si todo está en orden, no saldrán avisos de error que siempre son
molestos y a veces arrogantes e inoportunos, y aparecerá la siguiente pantalla.
Figura 57: Menú de Resultados.
Aquí, al igual que en otros apartados no tengo más remedio que no seguir el orden de
OPCIONES que aparecen en pantalla. Parece razonable visualizar antes los resultados que
ponerse a grabar, exportar resultados a RG o cualquier otra zarandaja por el estilo.
4.11.4. Resultados
Y ahora me refiero a los obtenidos para el ejemplo que estamos siguiendo. Una
explicación genérica para cualquier tipo de red sería misión imposible y para el lector y
sufrido usuario, incomible.
Figura 58: Resultados.
48
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Quizá lo que vea en la Figura 1 resulte descorazonador, pero la red del ejemplo no
da para más. Además es mejor empezar con una red sencillita, que para complicarnos la
vida nos queda mucho tiempo, pero que mucho tiempo.
Me aparecen en las primeras columnas los datos introducidos y en la última columna
el caudal máximo circulante por cada línea teniendo en cuenta el funcionamiento secuencial
de los dos sectores. Ahora si que cuando vuelva a RG la red se calculará como toca.
4.11.5. Menú Ficheros.
Figura 59: Menú ficheros.
4.11.5.1. Imprimir Resultados
Crea un archivo de texto con extensión “DMP” que puede ser leído desde Word
como documento de DOS sin formato, o con el Bloc de Notas de Windows. Esta opción
permite eliminar aquella información que no interesa, y luego ya posteriormente una vez
grabado, por favor con otro nombre, ser leído desde Word para su incorporación a un
documento.
4.11.5.2. Exportar Resultados
Crea un archivo compatible con RG, con la misma extensión que los archivos de
datos, “RED”, con los resultados. Se recomienda encarecidamente que no se asigne un
nombre al archivo igual a alguno existente. De todas formas el DM, en este caso avisa de
que el archivo ya existe, si fuera el caso y si se quiere grabar sobre el mismo.
4.11.5.3. Pasar a módulo RG
Retorna el control al módulo RG para proseguir con el proceso de dimensionado.
4.11.6. Menú: Datos Red
Vuelve al menú de datos de cálculo de caudales, por si alguna modificación quisiera
efectuarse. En el caso de redes a la demanda es usual tantear varias alternativas, variando
la calidad de funcionamiento, número mínimo de tomas y algún otro parámetro.
4.11.7. Menú: Nueva Red
Vuelve al menú de datos de cálculo de caudales pero reinicia el programa por lo que
borra todos los datos que hubiera en la memoria interna. Se utiliza cuando se quiere abordar
el dimensionado de otra red. Esta opción no es muy recomendable. Mejor volver a RG e
iniciar el proceso de cálculo tal y como se ha explicado hasta ahora.
49
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
4.12. ¿Y con las redes con distribución a la demanda?
No seáis impacientes, todo llegará. Primero acabo con este ejemplo, y luego me iré
complicando la vida, y por tanto también a vosotros.
Ahora me vuelvo a RG, que es donde me gusta estar. (Esto no lo puedo justificar, pero
es así, sentimental que es uno.)
4.13. Dimensionado de la red del ejemplo (RED1S)
Cuando vuelvo a RG me llevo la desagradable sorpresa de que el archivo y los
datos, sobre todos los datos, han desaparecido de la memoria interna. No hay por qué
alarmarse. Es algo que tengo que mejorar o por lo menos arreglar, pero que no crea ningún
tipo de problema adicional.
Lo que si que es importante es una vez han sido calculados los caudales circulantes
por tramo y grabados, en el ejemplo en el archivo “RED1SA”, es seguir la siguiente
secuencia para que todo esté listo para ya CALCULAR con garantizar de éxito.
Pasos a seguir:
1. Recupero el archivo que tenía los datos iniciales, en este caso “RED1S”
2. Vuelvo a la opción Recuperar datos, y hago lo propio con el fichero “RED1SA” que
es el que he creado desde el módulo DM
3. Verifico yendo al menú de DATOS RED que efectivamente ha transferido los
caudales circulantes por tramo, respetando el resto de datos del fichero inicial
(“RED1S”)
4. A continuación, y no se me debe olvidar, me voy a FICHEROS y a SALVAR Datos
como… Y grabo los datos que hay en RG en un archivo con un nombre diferente,
pero que sea ya definitivo para la hipótesis planteada de esta red. Por ejemplo
“RED1SQ” Le pongo una Q al final para recordar que el fichero ya tiene todos los
datos necesarios para el dimensionado.
5. Respiro. Ya estoy en condiciones de seguir con el proceso de dimensionado.
Figura 60: Datos completados con los caudales máximos circulantes por tramo.
En la Figura 60 aparecen todos los datos requeridos para el dimensionado, con los
caudales máximos circulantes por tramo para las condiciones de funcionamiento impuestas.
4.13.1. Volvemos a dimensionar la red.
Aceptamos la opción CALCULAR, cuando nos pregunta si queremos ver la curva de
ajuste le decimos que no, y cuando aparece la pantalla de resultados nos vamos
directamente a RESULTADOS y Salida por Pantalla.
50
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Ahora vemos que ya los caudales son los que tocan y los diámetros son
sensiblemente menores para los tramos comunes que cuando se abordó el dimensionado
por primera vez.(Figura 46 en la página 39). En realidad solo cambia el diámetro del único
tramo común que era la línea 1, pero que si que iba a afectar al cálculo de la altura
manométrica necesaria.
Figura 61: Resultados del dimensionado con los caudales que tocan.
Si pulso [Av.Pág] aparecen, en este caso, las mediciones y el resumen de resultados.
Figura 62: Mediciones y resumen de Resultados.
En la Figura 62 la presión al inicio se refiere, al un punto situado aguas abajo del
cabezal y de la bomba que hay que instalar.
Si en este caso la bomba se conectara directamente a depósito, la presión a la salida
de la bomba coincidiría con la altura manométrica. Con el caudal y la altura manométrica y
como se los caudales máximos de cada uno de los sectores que componen la instalación,
puedo proceder a seleccionar la bomba.
Pero no nos precipitemos y primero no demos como buenos los primeros resultados
que aparecen y analicemos si son razonables, y luego si se ha introducido alguna
simplificación en la introducción de datos que influye en el régimen de presiones y/o
funcionamiento.
Analizando los resultados de la Figura 61 veo en primer lugar que la línea 3 adopta
un diámetro nominal de 25 mm, que aunque comercialmente está disponible, no suele
utilizarse en la red de distribución. Si tenemos en cuenta que los diámetros nominales de las
terciarias que abastecen todas las tomas tienen un diámetro nominal de 40 mm en PE 32
(Ahora sería PE 40), pues puede ser recomendable modificar ese diámetro, con lo que
además se simplifican las piezas de unión al reducir el número de reducciones, valga la
redundancia, sin implicar un incremento de coste significativo.
51
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Por otra parte veo que las velocidades de los tramos 7 y 10 superan los 2 m/s, por lo
que sería conveniente ver como afecta a los resultados finales modificar los diámetros de
estos tramos para que las velocidades sean algo inferiores.
Además si instalo una única bomba, me puedo permitir presiones mayores
requeridas en el sector de menor demanda de caudal. En cualquier caso si hay varios
sectores en funcionamiento con caudales y presiones distintas, la bomba debería ser
seleccionada tras realizar un análisis del comportamiento hidráulico de la red mediante
Epanet. Esto no es habitual que los usuarios o técnicos lo lleven a cabo, pero si que sería lo
deseable.
Los motivos por los que no se lleva a cabo fundamentalmente se deben a falta de
tiempo para los cálculos, y lo más grave, falta de formación técnica adecuada y de
conocimiento de herramientas que faciliten el cálculo y análisis. Pero bueno, para eso
estamos nosotros, los profesores universitarios, a veces tan denostados, siempre criticados,
pero que si que podemos trasmitir conocimientos sobre el uso y manejo adecuado de estas
tecnologías. Así que hay que aprovecharse.
Como podéis comprobar este manual, libro o como se quiera llamar es un batiburrillo
de procedimientos, métodos de cálculo y recomendaciones de manejo de aplicaciones que
se basan en dos disciplinas muy vinculadas: La Hidráulica y El riego, en particular, los
Sistemas de Riego a Presión.
Pero volvamos al ejemplo y dejemos de lucubrar, que a veces me gusta mucho irme
por las ramas, y es que hace mucho tiempo que no salgo a escalar y… la cabra tira al
monte.
4.13.2. Como modificar resultados
Cuando hablo de modificar resultados me refiero a la posibilidad de cambiar los
diámetros nominales y/o las presiones de trabajo en determinados tramos de la red, así
como la inserción de válvulas reductoras de presión para reducir el timbraje en
determinados ramales, pero esto último solo debe hacerse cuando la red funcione por
gravedad, es decir, cuando en el depósito de cabecera existe suficiente cota para garantizar
para los caudales circulantes, los requerimientos de presión en todos los nudos, sin
necesitar instalar una bomba.
Así que manos a la obra, salgo al menú principal de resultados y acepto la opción
MODIFICAR.
Figura 63: Pantalla de modificación de resultados
52
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
¿Cómo modifico diámetros y/o timbrajes? Muy Fácil. En la pantalla de la Figura 63 veo que
el diámetro correspondiente a la línea 1 está en video inverso12. Con las teclas de cursor,
Arriba y Abajo me voy moviendo a lo largo de las líneas, y con la tecla [Izquierda] será la
presión de trabajo la que esté activa, poniéndose en video inverso. Indistintamente con
[Izquierda] o [Derecha] paso de diámetro a presión de trabajo.
Voy a modificar ya aquellos diámetros y presiones de trabajo de las líneas a las que
hice referencia anteriormente. ¿Cómo modifico el valor? Pues con la tecla [Barra
espaciadora] aumento el valor de la variable correspondiente a la línea y columna que está
en video inverso. Sobre la línea 3 y en el diámetro, pulso dos veces la barra espaciadora y
paso de 25 mm a 40 mm.13 Si soy del tipo “nerviosote” y he pulsado la barra espaciadora
([Bar.Es] desde ahora), pulsando [Tab] reduzco el diámetro o la presión. De hecho en la
línea 3 tengo que pulsar dos veces [Bar.Es] sobre el diámetro, luego pulsar [Derecha] y
pulsar ó dos veces [Tab] sobre la presión de trabajo, o una vez [Bar. Es] pues cuando RG
llega al valor máximo del diámetro o de la presión vuelve a los valores mínimos. Es como si
los valores del diámetro nominal y presión de trabajo estuvieran sobre un rodillo y que yo en
pantalla veo solo por una ventanita un valor. Con [Bar.Es] el rodillo gira en un sentido,
ascendente y con [TAB] en el contrario, descendente.
Al final me debe aparecer lo que se ve en la Figura 64
Figura 64
Una vez modificado todo lo que se quiera, pulso [Intro] para aceptar. Si la red es
grande, pasaré de pantalla a pantalla con [Av.Pág], pero cuando pulso [Intro] calcula y sale
al menú principal de resultados. Si visualizo como queda:
Figura 65: Resultados modificados.
12
Es decir, las letras en azul sobre fondo gris claro.
RG busca en la base de datos el diámetro inmediato superior o inferior disponible. Al no poder
modificar el valor manualmente evito errores posteriores de cálculo
13
53
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
A mi esta segunda solución me gusta más. Hay que tener en cuenta que RG da una
solución ideal aplicando unos criterios de cálculo para buscar la solución más económica,
pero no siempre resulta la más adecuada, pues a veces el incremento del diámetro de una
línea da mayor flexibilidad a la red pensando en que en el futuro pueda incrementarse la
demanda, o bien, de cara a la ejecución que los diámetros nominales de los ramales
terminales sean uniformes simplifica mucho la logística, reduciendo en ocasiones los
tiempos de ejecución y por tanto el coste final de la obra, algo que RG aunque quisiera, no
puede cuantificar, por lo menos por ahora (Y le costará, seguro), pues hay muchos
imponderables y situaciones que no son posibles prever a priori.
Las condiciones de bombeo son las mismas y el incremento de costes de la red de
tuberías es inferior al 3% de la primera solución.
Así que si doy por buena la solución lo que toca es seguir los pasos que a continuación
expongo.
Me voy al menú ficheros y lo primero que hago es:
4.13.2.1. Salvar Resultados
Así tengo un archivo al que asigno el nombre que quiera con los resultados
definitivos o provisionales y al que puedo acceder en cualquier momento, desde el menú
actual o desde el menú de datos de RG.
4.13.2.2. Imprimir Resultados.
Como cuando apareció Windows, que era muy listo en lo de la configuración de las
impresoras, caracteres y tipos de letras, los fabricantes dejaron de dar información para
configurar la misma desde DOS, por lo que las impresiones en papel eran horribles. Había
que buscar alguna solución. Pues se optó por crear no uno sino varios ficheros de texto que
pudieran ser leídos por Word, el bloc de notas o por Excel. Si he dicho que para cada red se
crean 5 ficheros, cada uno con la extensión correspondiente:
1. “RP0” Imprime, realmente graba en un fichero texto, el resumen de resultados
2. “RP1” Imprime en formato tabla los resultados correspondientes a las líneas. Puede
ser importando fácilmente por Excel para darle formato e insertarlo posteriormente
en Word como una tabla con formato.
3. “RP2”, Igual que el anterior pero con los datos y resultados de los nudos.
4. “RP3”,.Lo mismo pero para las líneas, indicando diámetros interiores, rugosidades de
cálculo, etc.
5. “RP4”, lo mismo pero con las mediciones
6. “RPR” Crea un archivo con toda la información. Puede leerse con el bloc de notas y
también con Word, pero como no se elija un tipo de letra como la “Courier” las tablas
de resultados de líneas y nudos se desconfiguran que es un gusto.
Figura 66: Archivo “RP1” abierto con el bloc de notas.
Como se puede apreciar en la figura no aparecen títulos, pero es debido a que con el
formato dado pueden ser importadas desde Excel como tabla. Luego allí se inserta en la
parte superior una fila y se escriben los títulos de cada columna a gusto del consumidor.
54
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Siguiendo un orden de izquierda a derecha los títulos para las columnas del archivo leído
son:
1. Línea
2. Nudo (+) o Nudo aguas arriba
3. Nudo (-) o Nudo aguas abajo
4. Longitud (m)
5. Caudal circulante por la línea (en las unidades de caudal que se hayan seleccionado
en el módulo de datos. En este ejemplo: litros/hora)
6. Diámetro nominal (mm)
7. Presión de trabajo (kg/cm2). Esto habrá que modificarlo para que las unidades de
presión sean las del sistema internacional.14
8. Pérdida de carga en la línea (m)
9. Pérdida de carga acumulada desde el nudo 1 hasta el nudo aguas debajo de la línea
considerada (m)
10. Velocidad (m/s)
11. Presión requerida en nudo final (m)
12. Presión resultante en nudo final (m)
13. Etiqueta nudo aguas abajo línea
4.13.2.3. Exportar Resultados
Genera un archivo INP y otro MAP para ser leídos desde Epanet. Como
dependiendo de la organización del riego deben crearse las curvas de modulación y
asignarlas a cada nudo, una vez introducido el nombre del fichero y aceptado mediante
Aparece una ventana en la parte superior izquierda con el fichero, creado desde DM, con las
curvas de modulación, en este caso con el mismo nombre del fichero que se creó.
Figura 67: Selección del fichero con las curvas de modulación.
En el caso de las redes con organización por turnos, es necesario elegir el archivo que
se ha creado durante el cálculo de caudales para que las curvas de modulación que utiliza
Epanet simulen el funcionamiento de los sectores. Las curvas de modulación asignan a
cada sector una duración que corresponde con el tiempo de riego, se redondea a la hora, y
empieza en la hora 0 con el sector 1, siguiendo con la hora Tiempo de Riego x (i-1) + 1 con
el sector i. el total de horas de riego debe coincidir con el producto del tiempo de riego por el
número de sectores. Si detectáis cualquier anomalía me lo hacéis saber.
4.13.2.4. Exportar DXF
Esta opción genera con los resultados de la red y las coordenadas importadas desde Epanet
un archivo DXF para ser leído desde Autocad y tener una salida gráfica de la red ya
dimensionada.
14
Lo pongo en rojo y subrayado para recordarme que tengo que modificarlo, pues si no se me olvida
y para otro lustro, y he hecho propósito de enmienda y no lo voy a consentir, orden al poder.
15
[↵] Tecla retorno de carro ó [Intro]
55
Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 68: Tamaño del papel para impresión de plano de CAD
Y por último da la escala recomendada que yo puedo modificar a un valor normalizado por
las normas UNE EN, ISO, ASA o DIN
He comprobado que debido a las últimas obras no dibuja bien la red en CAD, así que
aquellos interesados estar a la espera.
4.13.2.5. Terminar la ejecución
Sale del control de RG retornando a Windows, borrando de la memoria interna toda
la información, así como los archivos de transferencia. De esta forma cuando vuelva a
invocar a RG las pantallas de datos estarán vacías.
4.13.3. Datos Red
Retorna el control al módulo de datos de RG pero conservando toda la información
introducida. Se utiliza para modificar algún dato o probar alguna alternativa distinta
cambiando algún parámetro de partida.
4.13.4. Nueva Red
Retorna el control al módulo de datos de RG pero borra de memoria todos los datos
para iniciar la introducción de una red nueva. Vacía el contenido de RG.
4.14. Diseño y dimensionado de redes colectivas
Hasta ahora hemos seguido un ejemplo sencillo, que no planeaba prácticamente
ninguna dificultad añadida y que perfectamente hubiera podido ser tratado con menos rigor,
pero también dada su simplicidad resultaba fácil para explicar como funciona RG y qué
prestaciones tiene.
Posteriormente, abordaremos el diseño de redes más extensas y complejas, pero
antes, debemos ilustrar la utilizada de Epanet en el análisis de redes y en la selección de los
grupos de bombeo cuando estos son necesarios, así que no nos queda más remedio que
cambiar de tercio.
5. Análisis hidráulico de la red. Utilización de Epanet.
5.1. Introducción
Hasta ahora solo hemos utilizado Epanet como herramienta para el dibujo del
trazado de la red y la introducción de algunos de los datos que definen la geometría de la
misma. Esto es muy útil, en el caso de RG, pero desde luego, ni es el objetivo de Epanet, ni
justificaría su utilización.
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Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
Algo ya hemos hablado de Epanet. La idea es seguir con el ejemplo propuesto,
ahora ya desde el punto de vista del análisis. Es decir, la red está dimensionada, aceptamos
como buenos los resultados y ahora toca proceder a la selección de los grupos de bombeo y
verificar que aquello funciona adecuadamente.
Este palimpsesto no pretende ser un manual de uso de Epanet. Ya existe uno y
además bueno. Además está la ayuda en línea que nos aclarará dudas y resolverá
problemas. En nuestro caso, vamos a ir directos a lo que nos interesa. Importaremos los
resultados de la red dimensionada e inmediatamente empezaremos a trabajar con ella.
5.2. Trabajando con Epanet
5.2.1. Importar una red dimensionada con RG
En realidad a Epanet le importa poco si la red ha sido dimensionada con RG o
simplemente el usuario ha creado un fichero de texto con formato y extensión INP que sea
interpretado por él.
Así que nos metemos otra vez en harina. Nos vamos al menú principal, aceptamos
Archivos, Importar, Red … y buscamos con el explorador el archivo que queremos importar
que en nuestro caso es el “RED1Q2”
Figura 69: Importar un red en Epanet
Figura 70: Red de riego importada
Me aparece en pantalla la Figura 70. Como era necesaria la instalación de un grupo
de bombeo me aparecerá una bomba que, quizá por las coordenadas asignadas, esté oculta
tras el depósito de cabecera. Si yo muevo este con el cursor del ratón o me voy al visor de la
parte superior derecha de la ventana y en Datos busco Bombas. Me aparece que ahí una
bomba y justo sobre el depósito aparece un símbolo tiltilante, esa es la bomba. Si coloco el
cursor del ratón sobre una tubería y pulso el botón derecho aparece una ventana con una
serie de acciones
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Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 71: Propiedades de una tubería.
Si acepto en la opción Propiedades podré visualizar toda la información que ha sido
importada desde RG. Lo mismo lo podría hacer desde el visor, en la opción Datos y en
Tuberías buscando la que quiero editar. En la parte inferior del visor, en Datos, aparecen
tres iconos. El de la derecha permite editar las propiedades del elemento en cuestión. De la
tubería 1 veré lo siguiente:
Figura 72: Propiedades de la tubería 1
5.2.2. Arreglando un poco lo que he importado.
Como Epanet, podría decirse que es una aplicación ecléctica, no aparece ninguna
referencia comercial al material de las tuberías y a efectos de cálculo solo requiere la
información que ha sido importada, es decir, la longitud, el diámetro interior, la rugosidad de
cálculo (en este caso correspondiente al PE) y coeficiente de pérdidas de carga menores
que ha sido calculado previamente en RG. Una observación, este coeficiente ha sido
calculado con el caudal de diseño de la línea, el diámetro interior y en función de un
coeficiente mayorante por pérdidas localizadas. Si quisiera modificarse el mismo habría que
volver a calcular dicho coeficiente. Para ello no estaría mal dotarse de una hoja de cálculo
que facilitara la faena. En el caso que estamos siguiendo se ha adoptado un coeficiente
mayorante para todas las líneas de 1,05, pero pudiera ser conveniente, a lo largo del
análisis modificar éste. Por ejemplo, en caso de que se adoptara un coeficiente mayorante
de 1,1 el coeficiente de pérdidas menores (Ks) para la línea 1 sería:
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Manual de uso de Rg y Epanet
Tabla 10: Cálculo del coeficiente de resistencia (Ks) para una tubería
Linea longitud (m) caudal (l/s)
Di (mm)
f
hr (m)
1
340
6,09
101,6
0,0198
1,9050
v (m/s)
Km
hs (m)
Ks
ht (m)
0,75
1,1
0,190
6,62
2,10
Si en vez de colocar el cursor sobre la tubería lo hago sobre un nudo aparecerá la
siguiente información en la ventana de propiedades:
Figura 73: Propiedades nudo 23
Aparece la descripción, la cota en m, el caudal demandado en las unidades previamente
definidas (l/s), la curva de demanda, 2 en este caso pues el nudo corresponde al sector 2.
En lo que se refiere a las propiedades del depósito de alimentación, éstas son
ficticias y será necesario adaptarlas a la realidad. Epanet puede servir, de hecho, para
definir la capacidad mínima y las dimensiones del mismo.
En el caso que estamos siguiendo existe un depósito de planta circular de 23 m de
diámetro y con una altura máxima del agua sobre la solera de 3,5 m. Estos datos los
introduciremos en las propiedades del depósito.
Puedo cargar el mapa de fondo que se utilizó para definir el trazado, pero como RG,
por ahora no acepta polilíneas, el esquema queda algo desplazado tal y como se ilustra en
la Figura 74.
Esto tiene fácil solución en este caso pues el número de nudos y líneas es escaso y
su desplazamiento a la posición inicial, rápido. Si la red hubiera sido más extensa y
compleja, para evitar esta eventualidad se podrían haber definido nudos ficticios a lo largo
de una tubería. Es decir, dividir por ejemplo, la tubería 1 en 4 ó 5 tuberías de tramos rectos
pero que siguieran el trazado original. No obstante en Epanet yo puedo insertar y editar
vértices en cualquier línea o tubería. De hecho es lo que nosotros vamos a hacer. En primer
lugar situaremos el depósito en su ubicación real. A continuación haremos lo propio con
todos los nudos que alimentan a cada una de las subunidades de riego.
Si nos fijamos en la Figura 75 la línea 1 no sigue todavía el trazado original, pero
además la bomba no está ubicada donde corresponde.
En RG no se distingue la localización de la bomba. A efectos del dimensionado, da
igual que ésta esté en el origen de la red, que tras una tubería que la conecta con, por
ejemplo, un depósito de cabecera. En el ejemplo que estamos siguiendo, la bomba se ubica
en el cabezal de filtrado que está justo en la caseta junto al camino que divide la superficie
de los dos sectores.
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Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 74: Esquema de la red con mapa de fondo
Figura 75: Esquema de la red con los nudos reubicados.
Si queremos ubicar la bomba en su localización real, tendremos que realizar tendremos que
realizar las siguientes operaciones.
1. Asignar como nudo inicial de la tubería 1 el depósito
2. Mover el nudo 1 a los aledaños de la caseta.
3. Asignar como nudo final de la línea 1 el nudo 1
4. Asignar como nudo inicial de la bomba el nudo 1
5. Asignar como nudo final de la bomba el nudo 2
Quedará un esquema tal como el de la Figura 76. Si quiero que la tubería 1 siga su
trazado original será necesario insertar un número determinado de vértices y mover estos a
los puntos que definen el trazado original (¡Vaya lío!). En realidad, podía haberlo pensado
antes de dibujar la red, pero como ya comenté al principio, no puedo dedicarme a tiempo
completo a esto y ésta es una de las consecuencias. En cualquier caso espero que aquellos
que leáis esto seáis indulgentes conmigo.
Le he añadido cuatro vértices, y ocultando el mapa de fondo la cosa queda tal y
como muestra la Figura 77
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Manual de uso de Rg y Epanet
Figura 76: Reubicación de la bomba a su posición real.
Figura 77: Trazado con vértices de la tubería 1
Todavía no hemos acabado pues al tratarse de una red de riego en un sistema de riego
localizado se ha supuesto que aguas abajo de la bomba hay un sistema de filtrado y que
éste produce unas pérdidas de carga máximas de 10 m. ¿Cómo modelizo yo el sistema de
filtrado?
En realidad es más sencillo de lo que pudiera preverse. Epanet permite insertar
distintos tipos de válvulas y una de ellas se define como de “rotura de carga”. En la misma
puede forzarse la pérdida de carga que se producirá durante el funcionamiento del sistema
lo que de alguna manera simula a la estación de filtrado. En la práctica la simulación es más
compleja pues el sistema de filtrado incrementa las pérdidas de forma gradual en función del
grado de colmatación o suciedad en el mismo, pero hacer la simulación con la situación más
desfavorable ya es bastante. No obstante se puede estudiar el comportamiento bajo varios
supuestos. Esto ya depende de las ganas y de la imaginación del usuario que pretende
modelizar una red. Ahora vamos a insertar la citada válvula aguas abajo de la bomba. Para
ello seguimos los siguientes pasos:
1. Insertamos un nudo que colocamos cerca de la bomba, me da igual donde. Epanet
automáticamente, en este caso, le asignado el identificativo 3.
2. Le asignamos al nudo insertado la misma cota que el nudo 2
3. Le decimos a la bomba que su nudo final es el que acabamos de insertar, es decir el
3.
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4. Insertamos una válvula con origen en el nudo 3 y final en el nudo 2. En las
propiedades de la válvula le asignamos como diámetro el de la tubería 1, el tipo de
válvula de Rotura de Carga y la consigna: 10 m. En este momento ya tenemos
modelizado el sistema de filtrado. Ahora hay que esperar que funcione, pero esa es
otra historia.
Figura 78: Propiedades de la válvula insertada
Por último y antes de empezar con el análisis hay que hacer algún comentario sobre
las características de la bomba que inicialmente se ha definido. Como RG no sabe más, al
crear el archivo para exportar los resultados define una bomba conectada al depósito de
cabecera, a partir de las condiciones de diseño obtenidas en el resultado del dimensionado,
es decir, caudal requerido en origen de la red, y por otra parte altura manométrica requerida.
Para que una bomba “funcione” en Epanet, es decir, para modelizar su
comportamiento es necesario asignarle una curva de comportamiento. Esta puede definirse
a partir de 1 par de valores caudal – Altura manométrica (caso más sencillo pero poco
realista), 2 pares de valores caudal – altura o más de 2. En este último caso, el análisis es
más preciso pues si las condiciones de funcionamiento están fuera de los valores extremos
Epanet avisa de ello e invalida los resultados lo que resulta muy interesante para no dar por
bueno lo que en la práctica jamás funcionaría.
Y volvemos al principio. Si vamos al visor, y en Datos buscamos Curvas de
Comportamiento, veremos que hay una definida, y ésta solo dispone de un par de valores
caudal – altura.
Figura 79: Curva característica inicial bomba
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Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
RG, para definir la bomba, ha adoptado el caudal máximo y la altura manométrica
requerida para ese caudal. La hipótesis adoptada puede aproximarse a la realidad o no. Eso
es lo que tendremos que ver a continuación.
¡Ah! Se me olvidaba. Conviene grabar en formato NET (archivos de Epanet) todo lo
que estamos haciendo no vaya a ser que algún duendecillo…
5.2.3. Primer intento de análisis hidráulico del comportamiento de la red.
Me voy a Proyecto, Calcular o pincho con el ratón el icono con el rayo amarillo que
es lo mismo. Si todo va bien me dirá que la Simulación ha sido válida. ¡Cuidado! Esto solo
quiere decir que Epanet ha calculado y no ha encontrado errores, pero no que el modelo
creado simule correctamente la red en cuestión. No queda más remedio que analizar
pormenorizadamente los resultados.
Antes de seguir debo explicar algo de cómo visualizar los resultados. Si me voy al
visor y pincho en la pestaña Esquema, veré tres ventanitas, nudos, líneas, instante. En
nudos voy a decir que quiero ver la presión, en las líneas el caudal y el instante lo dejo como
está (por ahora).
Al hacer esto me cambia el color de los nudos y las líneas y en la parte derecha me
aparecen dos leyendas explicativas con los códigos de colores. Estas leyendas son
editables, es decir, puedo cambiar los intervalos y los colores, que en la mayoría de los
casos son chillones y poco visibles o legibles. En esto me remito al manual o a la ayuda en
línea que si no voy a acabar yo escribiendo un manual solo sobre Epanet y este no es el
objetivo, así que no digo más y sigo.
Para poder apreciar los resultados numéricos debemos irnos a la opción del menú
principal Ver, Opciones, Etiquetas y activar las opciones de Mostrar Valores en nudos y
Mostrar Valores en líneas. (Figura 80)
Figura 80: Opciones de visualización
Al final una vez retocados los colores y movidos los rótulos de las subunidades para que no
tapen valores queda tal y como se refleja en la siguiente figura.
Como se trata de una red con dos sectores, los resultados van a variar poco en las
horas correspondientes a cada sector. Lo único que puede influir en los resultados es el
paulatino vaciado del depósito, pero con las dimensiones que el descenso del nivel durante
un riego es muy discreto. Hay que pensar que la balsa tiene una capacidad suficiente para
garantizar el riego de toda una semana.
Durante las horas 0, 1 y 2 solo circula agua por las tuberías correspondientes al
sector 1. En los nudos del sector 2 aparecen presiones que en este caso no son reales pues
la automatización se efectúa mediante electroválvulas situadas justo aguas abajo del
sistema de filtrado, dentro del cabezal, por lo que las tuberías del sector 2 estarán sin
presión. Esto no lo entiende Epanet. Recordad que la aplicación está pensada y dirigida a
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desarrollo de modelos de calidad en redes de agua potable y éstas trabajan siempre
presurizadas.
Figura 81: Resultados a la hora cero
No obstante, este detalle mencionado no tiene mayor importancia. A las horas 3, 4 y
5 funciona el sector 2, y ocurre justo lo contrario. Si analizo ahora con más detalle los
resultados, me interesa conocer para cada sector que nudo o subunidad está sometido a
menor presión.
Figura 82: Resultados a la hora 5
Pero si quiero efectuar el análisis con el máximo rigor tendré que tener en
consideración la hipótesis más desfavorable en lo que al nivel del agua en el depósito se
refiere.
En principio hemos considerado que el nivel inicial era igual al máximo, pero igual
conviene suponer la situación contraria. Que el nivel inicial es cercano al mínimo. Por
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Diseño, dimensionado y análisis de Riego a Presión
Manual de uso de Rg y Epanet
ejemplo podemos suponer que el nivel inicial es de 1 m, calcular y si no hay avisos de error
verificar la altura del agua en el depósito al acabar el riego. La diferencia entre el nivel final y
el mínimo será el valor que habrá que restar a 1m para conocer la situación más
desfavorable. Vamos a ello.
Durante el riego baja el nivel 41 cm, por lo tanto, el nivel mínimo para garantizar el
riego de un día sería (1,00 – 0,09 = 91 cm). La diferencia es escasa por lo que lo dejamos
en 1 m.
Ahora volvemos a identificar para cada sector los nudos con menor presión. Estos se
reflejan en la siguiente tabla.
Sector
Nudo
1
2
Subunidad
14
26
Presión (m)
1–4
2–6
24.48
15.98
Caudal
bomba (l/s)
6.09
9.79
Como la presión requerida en cada subunidad era de 12 m, la bomba está dando
para la situación más desfavorable un exceso de presión de 3,98 m.
Como la altura manométrica que daba la bomba, o que da, es de 33,29 m. La bomba
a instalar deberá para el caudal máximo, correspondiente al sector 2, dar una altura de:
Hm = 33,29 – 3,98 = 29,31 m
Por otra parte, y dado que se trata de una instalación pequeña, no tiene justificación
ni técnica, ni económica poner más de una bomba, por lo que la bomba que se seleccione
debe tener un rendimiento aceptable para el caudal menor, correspondiente al sector 2.
Me voy a ahora a un catálogo técnico comercial de bombas. En este caso en
particular hago uso del programa de selección de Bombas Ideal (BIPS)16. De entre las
posibilidades que me ofrece yo adopto una bomba RNI 40-16 con un rodete de 165 mm de
diámetro a 2900 rpm. En la tabla adjunta se listan las ternas caudal – altura – rendimiento
para 4 puntos de la curva motriz y de rendimientos. (Figura 83)
Punto
Caudal (l/s)
Altura (m)
η (%)
1
2
3
4
5.70
7.16
9.04
10.69
35.30
34.09
31.26
27.76
58.43
62.49
66.18
62.94
16
Esto no tiene ninguna justificación comercial. Simplemente es la herramienta que en mi caso en
particular, tenía más a mano. No obstante, en el mercado y en Internet se pueden encontrar muchas
otras opciones.
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Figura 83: Curvas características bomba seleccionada.
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Manual de uso de Rg y Epanet
Por ahora hasta aquí he llegado, así que quien le vaya la
marcha y quiera más que me mande un correo electrónico con
sus datos (los que quiera, pero que me permita identificarlo) y
con la última página de este documento para saber, cuando
continúe, lo que le tengo que enviar)
Cordiales Saludos.
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